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Einrichtung zur Überprüfung des Umrisses von großen Werkstücken, wie
z. B. von bei Eisenbahnfahrzeugen üblichen Radsätzen Die Erfindung betrifft eine
Einrichtung zur Überprüfung des Umrisses von großen Werkstücken, wie z.B. von bei
Eisenbahnfahrzeugen üblichen Radsätzen, unter Benutzung eines von einer punktförmigen
Lichtquelle ausgesandten Strahlenbündels und zweier einander gegenüberliegender
Hohlspiegel, welche die Lichtstrahlen des Strahlenbündels zueinander parallel ausrichten
und die Umrißform des zu prüfenden Werkstückes beleuchten, dessen Umrißform mittels
eines Objektivs auf eine Projektionsfläche projiziert wird.
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Es bestehen bereits optische Werkstatt-, Meß- und Prüfgeräte für
die Umrißform von Werkstücken, insbesondere von Rotationskörpern, bei denen ein
optisches Raumbild einer Schablone an dem zu messenden Werkstück angelegt wird.
Zur Messung wird eine Linsenplatte benutzt, mittels welcher ein ebenes oder räumliches
Bild erzeugt wird, das als optische Schablone dient. Diese optische Schablone und
das Werkstück sind zueinander zwecks Messung des Werkstückumrisses bewegbar. Solche
Meß- und Prüfgeräte benötigen eine auf photographischem Weg hergestellte Raumbildschablone,
welche aus einem Aufsichtshiid, z. B. einer Zeichnung, oder einem Durchsichtsbild
hergestellt werden kann. Die Linsenrasterplatte besteht dabei aus einer größeren
Anzahl in Rasterform angeordneter Linsen, um einen möglichst großen Umrißbereich
des Werkstückes zu erfassen. Trotz dieses Aufwandes optischer Mittel wird der Umriß
des Werkstückes auf diesem selbst geprüft, und es müssen daher die Maßdifferenzen
auf Grund der Spaltprüfmethode im Verhältnis 1: 1 ausgeführt werden.
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Ferner ist es bekannt, zum Messen und Prüfen der Genauigkeit von
Proflschnitten, z. B. von Turbinenschaufeln, eine Vorrichtung zu verwenden, bei
der auf dem zu prüfenden Profil eine Schnittprofilmarkierung mit weißer Farbe oder
Tinte aufgetragen wird und die Glühfäden zweier Lampen jeweils durch Paare von gewölbten
Spiegeln auf gegenüberliegende Flächen einer Turbinenschaufel in die Ebene der gezeichneten
Profilschnitte abgebildet werden. Diese Hohlspiegel dienen nur dazu, jeweils ein
aus konvergierenden Lichtstrahlen bestehendes Lichtbündel auf die zu prüfende Stelle
des Lichtbildes zu werfen.
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Das von den Hohlspiegeln erzeugte Strahlenbündel gelangt zu einem
Reflektor, der teilweise lichtdurchlässig ist und eine dem Umriß des zugehörigen
Schaufeiquerschnittes entsprechend geformte mittlere Öffnung aufweist und der ferner
aus zwei oder mehreren Teilen besteht.
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Es ist aber auch bekannt, zur Erzeugung eines
telezentrischen Strahlenganges
an Stelle kostspieliger Objektive einen Hohlspiegel zu verwenden. In diesem Fall
wird aber das die parallel ausgerichteten Strahlen aufweisende Strahlenbündel durch
eine durchsichtige Schablone auf ein darunter angeordnetes und mit der Schablone
im Grundriß übereinstimmendes reliefartiges Modell, z. 3. ein Panorama, gelenkt,
um dessen plastische Formen an Hand der in der Schablone vorhandenen Höhenlinien
zu kontrollieren.
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Hier handelt es sich daher nur um die Übertragung der Höhenlinien
im Maßstab 1: 1 auf eine Unterlage ohne Anwendung einer Projektionseinrichtung.
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Es gibt auch Apparate zur Überprüfung des Querschnittes von Rohren,
Stangen, Kabeln mit gleichbleibendem Querschnitt, bei denen ein von einer punktförmigen
Lichtquelle ausgestrahltes Lichtbündel und zwei einander gegenüberliegende Hohlspiegel
vorgesehen sind, welche die Lichtstrahlen des Strahlenbündels zueinander parallel
ausrichten und die Umrißform eines zu prüfenden stabförmigen Werkstückes beleuchten,
dessen beleuchteter Teil der Umrißform mittels eines Objektivs auf eine Projektionsfläche
geworfen wird. Hier haben die beiden Hohlspiegel nur die Aufgabe, die Lichtstrahlen
so zu lenken, daß ein durch eine zentrale Ausnehmung des einen der beiden Hohlspiegel
hindurchgeführtes stabförmiges
Werkstück an einer Stelle seiner
Länge am ganzen Umfang möglichst gleichmäßig intensiv beleuchtet wird. Nur der beleuchtete
Teil des Werkstückumfanges wird dann unabhängig von den Hohlspiegeln von der Projektionseinrichtung
selbst aufgenommen und auf einen Bildschirm projiziert. Eine solche Projektionseinrichtung
ist nur für die Prüfung der Oberfläche von im Durchmesser im wesentlichen gleichförmigen
Rund- oder Profilmaterial geeignet, niemals aber zur Prüfung beliebiger Profile
von großen Werkstücken, wie es z. B. die Radsätze von Eisenbahnfahrzeugen sind,
anwendbar, weil die parallelgerichteten Lichtstrahlen vom Hohlspiegel konzentrisch
zu seiner Achse auf einem den Hohlspiegel durchsetzenden stabförmigen Körper gerichtet
werden.
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Trotz all dieser bekannten Maßnahmen und Apparate war es bisher nicht
möglich, insbesondere von großen Werkstücken, wie z. B. von Eisenbahnradsätzen,
ein Schattenbild von dem jeweils zu prüfenden Umriß unter Benutzung eines telezentrischen
Strahlenbündels in mäßiger Vergrößerung, z. B. im Maßstab 1:2 oder 1:3, auf einen
Bildschirm zu projizieren, um dadurch eine scharfe fehlerfreie Abbildung des Umrisses
bei günstigster Ausnutzung des Projektionslichtes zu erhalten.
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Diese Aufgabe wird nun gemäß der Erfindung dadurch verwirklicht,
daß der der Lichtquelle zugeordnete Hohlspiegel und ein diesem gegenüber angeordneter
Hohlspiegel eines optischen Systems mit den optischen Achsen zur Bildung eines für
die Projektion des Teilprofils eines großen Werkstückes bestimmten, sowohl vom divergenten
als auch vom konvergenten Strahlenbündel freien Strahlenbereiches des telezentrischen
Strahlenganges, in dessen Richtung gesehen, nach derselben Seite gegeneinander geneigt
sind.
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Erst dadurch wird dem Prüfer eine Meßeinrichtung an die Hand gegeben,
die mit einem Mindestaufwand an technischen Mitteln bei günstigster Lichtausbeute
die Herstellung eines scharfen, aber vergrößerten Schattenbildes von dem zu prüfenden
Teilprofil eines größeren Werkstückes ermöglicht, das durch Einrücken des zu messenden
Teilprofils in das telezentrische Strahlenbündel in die Projektiquslage gebracht
werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können mehrere solcher Projektionseinrichtungen
mit telezentrischen Strahlenbündel zu den an verschiedenen Stellen eines Werkstückes,
z. B. eines Eisenbahnradsatzes, vorhandenen und in einer ihnen gemeinsamen Vertikalebene
liegenden Teilprofilen einstellbar sein und seitenrichtige, mäßig vergrößerte Projektionsbilder
entweder auf einen gemeinsamen Projektionsschirm oder voneinander getrennte Projektionsschirme
zum Zweck der gemeinsamen Ausmeßbarkeit werfen.
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Eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur
Überprüfung des Umrisses von großen Werkstücken geht aus der Fig. 1 der Zeichnung
hervor. In den Fig. 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Umlenkung des abbildenden
Strahlenganges durch Umlenkspiegel oder Prismen schematisch in Seiten- und Frontansicht
veranschaulicht. Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer erfingungsgemäßen Einrichtung,
bei der von einem Eisenbahnradsatz mehrere zu prüfende Profile mittels mehreren
Strahlengängen auf nebeneinander angeordnete Projektionsfiächen gleichzeitig projiziert
werden.
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Eine möglichst punktförmige Lichtquelle 1 (Fig. 1) wird im Brennpunkt
eines Hohlspiegels 2 angeordnet.
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Diesem Hohlspiegel 2 gegenüber ist in einem Abstand ein gleichartiger
Hohlspiegel 6 angeordnet, in dessen Brennpunkt 7 ein Objektiv 8 einer Projektionseinrichtung
angeordnet ist, der als Projektionsfläche ein Schirm 9 angehört. Die optischen Achsen
der beiden Hohlspiegel 2 und 6 sind so stark gegen einander geneigt, daß das den
einen Hohlspiegel 2 treffende divergente Lichtbündel der Lichtquelle 1 ebenso wie
das vom abbildenden Hohlspiegel 6 konvergente Lichtbündel knapp außerhalb des zwischen
den beiden Hohlspiegeln 2, 6 stehenden und zu prüfenden Werkstückes 4 verlaufen.
Zwischen den beiden Hohlspiegeln 2 und 6 werden die Lichtstrahlen zueinander parallel
gerichtet, so daß ein in eine bestimmte Richtung ausgerichtetes Strahlenbündel 3
entsteht, in welches das Werkstück 4, z. B. eine Eisenbahntriebachse, dessen Umriß
projiziert werden soll, derart eingetaucht wird, daß die Lichtstrahlen des ausgerichteten
Strahlenbündels 3 seinen Umriß bzw. sein Profil erfassen. Hierbei wird ein Teil
des Strahlenbündels 3 vom Werkstück 4 abgeschirmt.
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Der nicht abgeschirmte Teil dieses Strahlenbündels 3 wird von dem
Hohlspiegel 6 des optischen Systems 8, 9 aufgefangen und innerhalb seines Brennpunktes
7 vereinigt. Da das Objektiv 8 in diesem Brennpunkt des Hohlspiegels 6 angeordnet
ist, kann dieses stark abgeblendet sein, denn seine Blende braucht nur wenig größer
sein, als die in ihm entstehende Abbildung der punktförmigen Lichtquelle 1.
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Dieses Objektiv 8 bildet den Schattenumriß des Profils 5 des Werkstückes
4 auf dem Projektionsschirm 9 ab, der sowohl als Aufsichtsschirm als auch als durchscheinende
Mattscheibe ausgebildet sein kann.
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In F i g. 1 liegt das Profil 5 des Werkstückes 4 innerhalb der Brennweite
des Hohlspiegels 6. Dieser erzeugt vom Werkstückprofil 5 ein virtuelles Bild 5 a.
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Das Objektiv 8 entwirft vom virtuellen Bild 5a das reelle Bild 10
auf dem Schirm 9. Die Entfernungen zwischen dem Profil 5 des zu prüfenden Werkstückes
4, dem Hohlspiegel6, dem Objektiv 8 und dem Schirm 9, ferner die Brennweite des
Objektivs 8 werden hierbei derart gewählt, daß am Schirm 9 der durch die Projektion
gebildete Schattenriß des Werkstückprofils 5 im gewünschten Maßstab mäßig vergrößert
und scharf abgebildet wird. Da die beschriebene Profilprojektionseinrichtung vorwiegend
für relativ große Werkstücke benutzt wird, werden meistens nur mäßige Vergrößerungen,
wie 1: 2 oder 1: 3, erforderlich sein.
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Um den Projektionsschirm 9 an eine leicht beobachtbare und gut zugängliche
Stelle verlegen zu können und um die erforderliche Länge der Lichtwege für die Vergrößerung
des Schattenbildes 10 sowie um eine aufrechte, seitenrichtige Lage des Projektionsbildes
10 zu erreichen, sind nach bekannten Systemen an verschiedenen Stellen des Strahlenganges
Umlenkspiegel einzuschalten. So können gemäß dem in den F i g. 2 und 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel zwischen dem Hohlspiegel 6 und dem Objektiv 8 oder auch zwischen
dem Objektiv 8 und dem Projektionsschirm 9 ein oder mehrere ablenkende Spiegel-
oder Prismentlächen 11, 12 und 13 eingeschaltet werden.
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Um die Ablenkung des Projektionsbildes gleichzeitig mit einer Höhen-
und Seitenverschiebung des
Projektionsbildes zu verbinden, kann
zwischen dem Objektiv 8 und dem Projektionsschirm 9 auch ein Winkelspiegel eingeschaltet
werden, der auch geneigt sein kann. In den Fig. 2 und 3 ist eine solche Anwendung
dargestellt. Zwischen dem Hohlspiegel 6 und dem Objektiv 8 ist der ebene Spiegel
11 eingeschaltet, durch den der Strahlengang vertikal nach aufwärts gelenkt wird.
Mittels des schräggestellten Winkelspiegels, der aus den Spiegeln 12 und 13 besteht,
die sich in der Winkelspiegelkante 14 schneiden, welche Kante hier beispielsweise
um 450 gegen die Horizontale geneigt ist, wird im vorliegenden Fall für einen Beobachter
15 auf der vertikal stehenden Mattscheibe 9 ein seitenrichtiges, aufrechtes und
vergrößertes Projektionsbild 10 des zu untersuchenden Profils 5 sichtbar.
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Es können weiterhin am selben Gegenstand mehrere, voneinander getrennt
liegende Profile durch getrennte, erfindungsgemäße Profilprojektionseinrichtungen
erfaßt und deren Schattenumrisse mittels Spiegel neben- oder übereinander auf einer
gemeinsamen oder auf knapp nebeneinanderliegenden Projektionsschirmen 9 abgebildet
werden. Eine solche Anwendung ist in F i g. 4 dargestellt.
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Am zu vermessenden Werkstück 4, z. B. einer Triebachse, das zwischen
den Körnerspitzenl8 des Meßgerätes eingespannt ist, seien beispielsweise die drei,
an weit auseinanderliegenden und schlecht zugänglichen Stellen des Drehkörpers 4
liegenden Umrißprofile 5', 5", 5"' zu untersuchen, und zwar sei sowohl deren Form
als auch deren relative Lage zueinander mittels Profilprojektion festzustellen.
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Zu diesem Zweck sind drei Meßgeräte angeordnet, von denen jedes eine
Optik, wie sie in F i g. 2 und 3 gezeigt ist, besitzt. Mittels dieser Optiken können
die drei Profile 5', 5", 5"' auf Projektionsflächen 9', 9", 9"' als seitenrichtige,
aufrechte und vergrößerte Projektionsbilder 10', 10", 10"' erzeugt werden, wobei
die drei Projektionsschirme auch in einer gemeinsamen Ebene liegen können. Auf diese
Weise läßt sich die relative Lage der in einer gemeinsamen Vertikalebene liegenden
und zu vermessenden Profile eines Werkstückes 4 sehr einfach und rasch messen, wogegen
eine solche Vergleichsmessung am Werkstück selbst nur sehr umständlich und zeitraubend
möglich wäre.
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Die erfindungsgemäßen Profilmeßeinrichtungen können sinngleich wie
bei Kathetometern relativ zum zu vermessenden Werkstück meßbar verschiebbar eingerichtet
sein. Wenn beispielsweise mittels der beschriebenen Meßeinrichtung nacheinander
verschiedene runde Werkstücke mit stark voneinander abweichenden Durchmessern 16
und 17 gemessen werden sollen, dann kann z. B. die Gesamtoptik relativ zum zu vermessenden
Werkstück meßbar verschiebbar gemacht werden. Für eine Durchmessermessung wird diese
Verschiebbarkeit normal zur Achse des Werkstückes sein, z. B. im vorliegenden Fall
in Richtung 22 vertikal zum Maschinenbett 19. Die jeweils eingestellte Vertikalverschiebung
kann entweder direkt an einem Maßstab 20 oder auf andere Weise ablesbar gemacht
sein. Eine solche Verschiebungsmöglichkeit ersetzt eine Optik großer Abmessungen.
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Wenn, wie bei dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel, die gesamte Profilmeßeinrichtung
aus mehreren erflndungsgemäß en Einzelmeßeinrichtungen besteht, dann können diese
in verschiedener Art relativ zum zu messenden Gegenstand verschiebbar eingerichtet
sein.
Im vorliegenden Fall ist beispielsweise die Meßeinrichtung für das Profil 5" vertikal
verschiebbar. Die Meßeinrichtungen für die Profile 5' und 5"' können hier entweder
fest sein oder in Richtung der Achse des Werkstückes 4 in Pfeilrichtung 21 axial
verschiebbar gemacht sein. Diese axiale Verschiebungsmöglichkeit würde z. B. ein
bequemeres Einbringen des zu vermessenden Werkstückes in die Meßeinrichtung und
überdies die Messung von Umrißprofilen in ihrer Länge stark verschiedener Werkstücke
gestatten.
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Auf den Mattscheiben 9', 9" und 9"' können feste oder verschiebbare
Vergleichsschablonen und Vergleichsmaßstäbe angebracht werden, die ein leichtes
Ausmessen der Schattenprofile ermöglichen. Es können auch die Projektionsflächen
zusammen mit den auf ihnen befestigten Schablonen und Maßstäben verschoben werden.
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Statt für jede Projektion eine besondere Lichtquelle zu verwenden,
kann das von einer einzigen Lichtquelle ausgehende Lichtbündel für mehrere gleichzeitige
Projektionen geteilt oder für nacheinander erfolgende Projektionen abgelenkt werden.
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Die erfindungsgemäße Profil-Projektionseinrichtung kann entweder
mit anderen Meßeinrichtungen zu einer besonderen Meßmaschine vereinigt, sie kann
aber auch unmittelbar auf einer Bearbeitungsmaschine, wie Drehbank oder Fräsmaschine,
angebracht werden.