DE1625086U - Vorrichtung zur durchfuehrung eines verfahrens zur optischen distanzmessung. - Google Patents

Description

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  Die Erfindung bezeiht sich auf eine Vorrichtung zur Darchführnna

  zur optischen Distanzmessmnx. !

  eines Verfahrena,/bei dem mit einer der meBscimeidengenao. igkeit 1

  entsprechenden Genauigkeit ein Meßmikroskop bzw. eine mit diesem

  mechanisch fest verbundene Meßmarke in einen unveränderlichen

  und reproduzierbaren Abstand zu der Meßfläche gebracht wird.
• Dies erfolgt durch Projektion einer Schneide auf die Meßfläohe und die Beobachtung dieses Schneidenbildes im L. mikroskop derart, daß die Achsen des Beobachtungs-und des Abbildungsstrahlenganges einen endlichen Winkel miteinander einschließen.
• Die optische Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Meßverfahren-ist ähnlich dem Schmaltz-Lichtschnit+mikroskop oder dem Busch-Raulimeter. Das Wesentliche des Erfindungsgedankens besteht darin, daß die in der Beobachtungsebene erzeugen Spalt-bzw. Schneidenbilder parallel zu sich seitlich verschoben erscheinen, wenn die zu messende Ebene verschiedene Abstände in richtung der Instrumentenachse von einer, am Instrument angebrachten Marke hat. Hierdurch ist es ermöglicht, den Abstand der Meßebene von der Instrumentenmarke in sehr genauer Weise einzustellen und dies zu genauesten Distanzmessungen zu verwenden.
• Das Meßverfahren erzielt die besten Ergebnisse bei kratzerfreien, doh. optisch polierten Meßflächen. Ist die Meßfläche geschliffen, wie dies z. B. bei der Gewindemessung der Fall ist, so überlagert sich bei der Einstellung das Profilbild nach Schmaltz. Man muß dann entscheiden, ob man die Profilspitze, den Profilgrund oder eine Zwischenebene als meßebene benützen will. Die ist jedoch gegenüber den bekannten Meßverfahren kein Nachteil. Die durch ; das Profilbild sich ergebende

  Unsicherheit in der Wahl des Einstellcmgsortes ist nämlich

  nicht ontisch durch die Vorrichtung, sondern mechanisch dnroh

  das auszumessende Werkstück bedingt. Ist aber ein solchen Profil vorhanden, so ist es für eine genaue Messung besser, wenn es beobachtet und in die Messung einbezogen wird, als wenn es durch das Meßmittel überhaupt icht beachtet werden

  kann. Bei einer mechanischen Messung, bspw. mit einer lets-

  kugel, findet infolge des keådrtlokes eine plastische Verfor-

  werde.

  Ltlng der eJfllche statt, so daß hier in keinem Falle gesagt/

  kann, ob man an der Profilspitze oder am Profilgrund mißt.

  Bei der Durchlichtbeobachtung von Außengewinden im Profil-

  mikroskop treten die Oberflächenrauhigkeiten deshalb nicht in Erscheinung, weil infolge der geringen Beleuchtungsapertur stet über einen endlichen Tiefenbereioh beobachtet wird, wodurch die Beobachtung ungenauer als die Profiltiefe der Oberflächenstruktur wird. Auch bei der Messung von Außengewinden mit mechanischen @eßschnieden, wobei wenigstens eine

  bestimmte Meßebene berücksichtigt wird, erhält man keine

  Auskunft darüber, an welcher Stelle des Schleifprofils nun

  exakt gamosaen wird, da tieferliegende Schichten des Gewindes

  ebenfalls zur Schattenbildung beitragen.

  Einzelheiten des Verfahrens und seiner optisch mechanischen

  Hilfsmittel seien anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Ansicht der optischen Anordnung zur Durchführung des Meßverfahrens, Fig. 2a-o das Spalt- bzw. Schneidenhbild in verschiedenen Meßstellungen,

  Fig. 3 ein ein eBmikroskor) Br Durohfii. hrujTgdes Verfahrens,

  mit Objektiv und Beleuohtangseinrichtung im Schnitt,

  Pige 4 eine Anordanng von zwei Mkroskopen zur Anwendung

  des Verfahrene für Innenmessungen,

  Pig. 5 eine schematische Übersicht über die optisohgeometrischen Verhältnisse bei der Anwendung des Verfahrene für Innenmessungen mit zwei Mikroskopen, Fig. 6 eine Anordnung gemäß Fig. 4 für Innenmessungen in Senklöchern.
• Eine beleuchtete Schneide 1, gemäß'ig. 1 beispielsweise als Snalt dargestellt, wird über ein totalreflektierendes

  Prisma 2 vom Objektiv 3 in der i.'eßebene E sJharf abgebildet.

  li

  Das Bild der Schneidenkante, das senkrecht zurZeichenebene verläuft, liegt bei A. Dieses Schneidenbild A wird durchcbn linken Objektivteil als Hellfeldbild in A' abgebildet, wo es, z. B. auf einer Mattscheibe aufgefagen oder durch ein -nicht dargestelltes - Okular beobachtetwerden kann. Die Blende 4 dient zur exakten Trennung von @rojektions- und Abbildungsstrahlengang.
• Verschiebt man die Keßebene E Uk einen kleinen betrag nach unten, z. B. nach E1, so wandert das Schneidenbild A nach All das Zwischenbild A'nach A1'. Nähert man die Meßebene dem Objektiv, z. B. in Stellung Ep, so wandert das Schneidenbild A

  . x lee

  nach A2, das Zwischenbild A'nach A2 an erreicht demnach

  durch Verschiebung der Meßebene in Aichtung der Objektivachse ein Wandern des Schneidenbildes A' auf der Mattscheibe oder in der Okular- Strichplattenebene derart, daß zu jeder Lage des Schneidenbildes A'eine besetimmter und fester Abstand der

  lließebene E vom Mkroskopobjektiv 3-und da-a-it-von einer mechanisch

  fest mit dem Objektiv verbundenen Meßmarke-gehört. Bildet man bepw. die Okular-Strichplatte 5 derart aus, daß

  eine Gesiohtshälfte gan&hell,dde'MM-dnkelt\." ;'

  wobei die TrennungskanteHll-PunkelparallelZtaaiohnei''

  bild liegteso ergaben ich'gäPig.beider VsllQ-a

  der st ther E na E2 foigeg

  2

  In der Stellung E1 ist das Bild A'derSehneidenkani'

  hellen Teil des Gesichtsfeldes voll sichtbar (Fig. 2a) t Di. 3

  hier gezeichnete zweite Spaltkantezwischen Sohneidenkante

  und Hell- Dunkel- Grenze der Strichplatte ist an sich nicht

  nötig. Es kann vielmehr zwischen Schneidenkante und dunklem

  Teil de Strichplatte volle Helligkeit herrschen.

  In der Stellung E hat sich das Bild A'der Schneidekante der

  Kellfeldgrenze der Strichplatte 5 so weit genähert, (Fig. 2b),

  daß zwischen beiden eine Beugungsereoheinung, ähnlich derjeni

  geü <aB-, EB9chneiden, stattfindet, die gegebenenfalls eine über

  das Auflösungsvermögen des Mikroskopes hinausgehende Genauig-

  keit der Einstellung ermöglicht. Voraussetzung ist hierfür

  gute chromatische Korrektor der gesamten Optik, beim Objektiv

  au. ch der Sphärenchromaaie on. d, den Lichtverhaltnissen entspre-

  chend, möglichst einfarbiges Licht. In der Stellt zist

  das Bild A der Schneidekante im dunklen Teil der Strich-

  2

  platte 5 verschwanden (Fig. 2o). Man kann anstelle der hier

  angegebenen Strichplatte dne andere wählen, zB. für symmetri-

  sehe Ausrichtung des Sohneidenbildes eine mitwei Strichen.

  Fig. 3 zeigt eine zweckmäßige AasführungsforBder Anordnung,

  I

  bei der zur Erzielung eines bequemen Einblick der Beobaehtunga-

  etrahlengang durch das totalreflektierende Trißma 2 abgeknickt

  ist, während der""bbildungestrab-lengang für die Schneide 1 uz-

  geknickt durohgeführt ist.

  l ;

  i f

  Die Abbidunga-und Becbaohtungseinrichtang'für die Schneide 1

  b b tesentlichen (IUB der Lichtquelle ,. dem Kollektor 7

  .) I.

  . zur Ausleuchtong der Sohneidenebene, wobei in dessen Nähe

  <:. ",

  weckmäßig einFarbfilterangeordnetist,einenachromatischer

  System St, das zasamen mit dem auchf RandstrahleRfarblich

  korrigierten Objektiv'die Abbildung der schneide 1 aut der.''

  Meßebene E, und zwar senkrechtzur Zeiohenebene,bewirkt*Die

  von der Meßebene E kommenden vom Objektiv 3 aufgenommenen

  Beobaohttingsstrahlen werdenchnn durch das Prisma 2 zum Okular 9

  htlreflektiert. Zwisohen Prisma 2 und Objektiv 3 ist die Blende

  4 angeordnet.

  gewisse

  Zur Durchführung cbe Meßverfahrens : rinnenmessungen eind gemäß

  Fig. 4 zwei mikroskops in bestimmter Lage gegeneinander gestell-

  bar angeordnet. Die im wesentlichen aus den Objektiven-3, den

  Okulartuben 9 und den Beleu. chttlngstu. ben 10 bestehenden Meßmi-

  kroskope sind auf Haltern 11 gegeneinander einstellbar und

  entlang Führungen 12 schwenkbar befestigt. Am mikroskop sind

  StrichmarkenMangebracht, die senkrecht zur Objektivaohse

  stehen. Das zu. messende Werkstück W ist mit Innengewinde verse-

  hen und an seinen Stirnflächen senkrecht zur Gewindeachse

  plangeschliffen. Flankenwinkel, Dicke, Außen- und Gewindedurch-

  messer des Werkstückes W sind bekannt. Das Werkstück wird zur

  Messung auf einen nicht dargestellten-Objekttisch gebracht,

  der in Richtung der Gewindeaohse meßbar verstelrden kann.

  Die KeBikroskope sind zweckmäßig auf dem-Tlicht hrgestellten-

  Unterschlitten eines Meßkomparators angeordnet, der senkrecht

  zur Gewindeaohse meßbar verstellt werden kann. Die Anordnung

  der Meßmikroskone erfolgt dabei dergztt-ßs

  1. die beiden Achsen der Meßmikroskope senkrecht au. f zwei

  einander gegenüberliegenden Gewindeflanken ausgerichtet

  sind,

  2"die Beobachtung im Achsenschnitt erfolgt

  oroh Verschieben der beidenMeBmikrainieicg< o-"

  tischen Achsen ihrer Objektive. erlogt die die

  der beiden anvisierten Flanken, die im vorstehenden befaehriebea

  wurde& Es können hierbei zwei Abweiehungen eintretent

  A. Die Flankenwinkel sind nicht exakbeim Sohi eingehal-

  ten. Dies bemerkt man durch Verschieben der Meßmikroskope in einer exakten Führung senkrecht zur optischen Achse ihrer Objektive. Die Gewindeflanke nähert sich im Falle der Abweichung des flankenwinkel vom Sollwert dem Objektiv, oder sie entfernt sich von ihm, was sich jeweils in einer Verschiebung des Sdneidenbildes auswirkt. Gegebenenfalls erkennt man die Abweichung auch bereits durch einen Lichtkeil zwischen Hell- Dunkel- Grenze der Okularstrichplatte und dem Schneidenzwischenbild, da ja das Schneidenbild auf der Gewindeflanke in der Zeichenebene liegt. Beim Auftreten derartiger Abweichungen müssen die Mikroskope um den urohstoßpunkt der Objektivachse durch die Gewindeflanke geschwenkt werden, was mit Hilfe der führungen 12 meßbar, zur Feststellung der Abweichung geschehen kann.
• B. Die Einstellung fand nicht im Achsenschnitt statt. Liegen beide mikroskopie z. Set, so entfernt sich beim Heben der Mikroskopie die Flanke vom Objektiv so lange, bis der Achsenschnitt erreicht ist. Bei noch weiterem Heben nähert sich die Flanke wieder dem Objektiv. Die Ermittlung der größtmöglichen Entfernung von Gewindeflanke und Objektiv

  ergibtcbmnach die exakte Einstellung des Achsenschnitt'es.

  achdem diese Einstellungen durchgeführt wurden, empfiehlt

  es sich, beide nochmals zu wiederholen.
• Von dendrei geforderten Messungen ist die eine unter A bereits durchgeführt. Die Messung der Gewindesteigung ist mit nur einem

  Mikroskop durchführbar derart daß bei featejbhendm Mikroskop.'''.

  der Werkstück-Meßtischinichtangderewindeachsoveell

  .,

  wird, wobei die Sohneideneinstellung an zwei aofeinanderolga

  den Gewideflanken durchgeführt wird Die Große der Verstellu

  ergibt direkt die Gewindesteigung, urch geeignete schlanke

  Bauweise des Objektivvorderteiles ist dafürzu sorgendaB

  diese Bewegung ohne Behinderung möglich ist.

  Zur Messung cbs Flankendurchmessers werden die auf den Mikro-

  skopkorpern angebrachten beiden Marken ß benutzt, die sank-

  recht auf den Objektivachsen, BL. h. parallel zu den Schneiden-

  bildern stehen. Ihr Abstand von dem jeweiligen Sohneideabild

  sei p. Dann ergibt sich der Flankendurohmesser gemäß Fig. 5

  ähnlich der Sohneidenmessung mit Hilfe zweier Einstellmikro-

  skope die zur Deckung mit den Strichmarken je eine Strichplatte

  mit schräggestelltem Strich enthalten.

  Nach Fig. 5 sind F und P die anvisierten Gewindeflanken y

  2

  d ist der Flankendurchmesser des Gewindes. Im senkrechten Ab-

  stand p von F'.. f

  1 und F9 befinden sich die zu P, uicl F, liarallelen

  Marken und MDie beiden Einstellmikroskope'sind parallel

  zueinander derart angeordnet, daß ihre Achsen durch eine

  Gerade parallel zur. Gewindeaohse stoßen. Die parallel zu

  den karken Vil und k. gerissenen Strichplatten dieser Einstell-

  mikroskope liegen dann bei Ni und N2. Nach Fig. 5 müssen

  die Achsen der beiden Einstellmikroskope den Abstand 2potes

  haben,. wenn r der halbe Flankenwinkel des Gewindes ist. Dieser

  Abstand ist e xakt einzustllen. da er fUX dieJeßgenaaigkeit

  anzuheben ist.

  Durch Verschieben des Untersohlittens des Komparators, der das

  zu. untersuchende Werkstück sowie die beiden chneidnmikroskope

  fragt senkrecht zur Sewindeaehse kan& Nan erst die Market

  mit der StrichplatteNL und dann die Marke Mp mit der Strioh-

  7

  platteN zur Deckung bringen. Der Abstand dieser beiden Eio-

  'Stellungen betragen

  woraus sich der Flankendnrchmesser d als :

  d = D + 2 pein r

  ergibt. Der Ausdruck 2 p sinf ist eine für gleiche Flanken-

  winkel unveränderliche Gerätekonstante. Will man diese Konstante

  umgehen, so maß man p == 0 machen, d. h. man muß die Strichmarken

  M genau über den anvisierten Gewindeflanken, d. h. über dem Schneidenbild auf dem Objekt anbringen. Man spart in diesem Fall ein Einstellmikroskop mit schräger Strichplatte. Es sei noch besonders betont, daß die beiden Schneidenmikroskope an jeder Stelle des Achsenschnsittes der betreffenden Gewindeflanken angesetzt werden können, ohne daß bei dem beschriebenen ileßveefahren eine Änderung im Ergebnis eintritt.
• Eine Anordnung zur Messung eines einseitig geschlossenen Gewirkdekörpers mit Hilfe eines normalen und eines geknickten iliikroskopes ist in Fig. 6 dargestellt, deren Aufbau im übrigen der Anordnung'gemäß Fig. 4 entspricht.
• Selbstverständlich sind die vorgeschlagenen Meßeinrichtungen und Meßverfahren nicht auf Innengewindemessungen beschränkt.
• Kan kann z. B. das Gerät vorteilhaft zum punktweise Ausmessen einer Innenform oder eines kompliziert gestalteten Körpers verwenden, wobei dann die Meßschneide gegebenefnalls in anderer Form, beisnielsweise als kleiner Halbkreis, ausgebildet sein kann.

Claims (4)

1. A n s p r ii c h e. 1. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur optischen Distanzmessung, bei dem ein Schneiden-oder Spaltbild auf der zu messenden Fläche durch ein Beleuchtungsbündel erzeugt wird, dessen an der Meßfläche reflektierte Strahlen durch ein optisches System in einer Betrachtungsebene derart zu einem Bild vereinigt werden, daß dessen Lage gegenüber einer markierten Stelle des Gesichtsfeldes von dem Abstand der Meßfläche von dem System, z. B. von einer barke am Tubus der Vorrichtung, abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß ein schief auf die zu messende Flache einfallendes Bündel auf der Fläche ein Schneiden-oder Spaltbild erzeugt, dessen reflektierte Strahlen durch ein optisches System in einer Betrachtungsebene zu einem Bild vereinigt werden, dessen Lage abhängt von der Entfernung der reflektierenden Fläche von dem abbildenden System.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungsbündel und das reflektierte Bündel die einander gegenüberliegenden Hälften eines und desselben Objektivs durchlaufen.
3. 3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, da daß an ihrem Tubus eine Meßmarke (NL. M2) und im Gesichtsfeld der Betrachtungsebene eine zweite marke (N"N) angebracht wird), 2 so daß das reflektierte Spaltbild in der zweiten marke (N1, Np) liegt, wenn die messende Fläche einen vorgegebenen Abstand von der ersten marke (M1, M2) hat.
4. 4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, insbe- sondere nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß CD das einfallende Bündel ein längerbrennweitiges System durchläuft als das reflektierte Bündel.