DE1773385C3 - Vorrichtung zum optischen Vergleichen des Profils eines Werkstückes mit einem vergrößert dargestellten Musterprofil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Vergleichen des Profils eines Werkstückes mit einem vergrößert dargestellten Musterprofil ,gemäß dem Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruchs 1.

Bei einer aus der CH-PS 2 70 288 bekannten Vornchtung dieser Art sind Taster und Zeiger an einem Kreuzschlitten befestigt, so daß sie gemeinsam miteinander bewegbar sind. Der Zeiger ist durch eine, auf eine Glasplatte aufgebrachte Punktmarkierung gebildet und die durch einen Halteaifm mit dem Kreuzschlitten verbundene Glasplatte ragt in den Strahlengang des feststehenden Projektors hinein, so daß der Zeigerpunkt bei Bewegung des Kreuzschlittens durch den Taster im Lichtkegel des Projektors bewegt wird. Der Zeigerpunkt wird über ein optisches Vergrößerungssystem auf einem Bildschirm abgebildet, auf welchem das um den Vergrößerungsfaktor des optischen Systems vergrößerte Musterprofil dargestellt ist.

Bei der bekannten Vorrichtung ist also der Zeiger relativ zum Projektor verschiebbar, was bedeutet, daß die Öffnungsweite des Projektors so groß sein muß, daß der gesamte mögliche Bewegungsbereich des Zeigers umfaßt wird. Für eine Prüfung von Profilen mil verhältnismäßig großen Abmessungen müssen daher '5 entsprechende große und folglich teure optische Systeme verwendet werden. Handelt es sich um die Untersuchung langgestreckter Profile, beispielsweise der Profile von Turbinenschaufeln, so wird nur ein kleiner Teil der Öffnungsweite der kostspieligen Optik ausgenutzt.

Bei einer weiteren, aus der DT-PS 8 36 404 bekann ten Vorrichtung sind der Taster, eine den als Punktmarke ausgebildeten Zeiger tragende Glasplatte und der Projektor gemeinsam beweglich an einem zweidimensional verschiebbaren Tisch befestigt. Der Strahlen gang des Projektors verläuft durch ein ortsfestes Prismen- und Projektionslinsensysteni. weiter durch eine ebenfalls an dem Tisch befestigte und daher zusammen mit dem Taster und dem Zeigerpunkt bewegliche Pro jektorlinse hindurch und schließlich über ein Umlenk spiegelsystem auf einen Bildschirm. Das Musterprofil befindet sich hier nicht auf dem Bildschirm, sondern ist auf einer vor der genannten, am Tisch befestigten Projektionslinse im Strahlengang angeordneten Glasplatte aufgezeichnet und wird also zusammen mit dem Zeigerpunkt vergrößert auf dem Bildschirm abgebildet. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist zwar der Zeiger punkt nicht, wie bei der aus der CH-PS 2 70 288 be kannten Anordnung, relativ /um Projektor, sondern mit dem Projektor zusammen relativ zum nachgeschalteten Prismen- und Projektionsiinsensystem verschiebbar, weshalb hier die Größe des abzutastenden Profils bzw. der Bewegungsbereich des Zeigerpunkts von der Öffnungsweite dieses feststehenden Projektionslinsen systems begrenzt ist. Auch hier wäre also zur Untersu chung größerer, insbesondere langgestreckter Profile eine Optik mit entsprechend großei Öffnungsweite erforderlich.

Schließlich ist es aus der DT-AS Il 44 491 bekannt, bei einem optischen Profilmeßgerät an einem gleicharmigen Schwenkhebel an einem Hebelende den Taster und am anderen Hebelende ein Projektionsiinsensystem anzuordnen. Etwa in der Brennebene des Projektionslinsensystems ist eine Zeigermarke angeordnet. Die das zu untersuchende Werkstück tragende Halterung und der unter dem Projektionsiinsensystem angeordnete Projektor, auf welchem eine das Musterprofil tragende Schablone befestigt ist, sind synchron miteinander drehbar. Beim Drehen der Werkstückhalterung, wobei sich die Profiloberfläche am Taster vorbeibewegt, dreht sich also der das Musterprofil tragende

> · Projektor synchron mit und die Auslenkung des Tasters erzeugt eine gleiche Auslenkung des die Zeigermarke enthaltenden Projektionssystems. Über ein Umlenkspiegelsystem werden dann jeweils die Zeigermarke

^fi5 und ein Teil des Musterprofils vergrößert auf einem Bildschirm abgebildet. Auch bei dieser bekannten Anordnung muß die Öffnungsweite der Projektoroptik mindestens genauso groß wie der größtmögliche Be-

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wegungsbereich des Zeigers sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß auch Profile mit großen Abmessungen, insbesondere !anggestreckte Profile, mit vertretbarem Aufwand an optischem Gerät untersucht werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des vorstehenden Patentanspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst. ίο

Während bei den oben beschriebenen bekannten Anordnungen keine Bewegungsübersetzung zwischen dem Taster und d.?m Zeiger stattfindet, sondern eine rein optisch vergrößerte Darstellung des Zeigers bzw. der Zeigerbewegung erfolgt, findet bei der erfindungs- 1,5 gemäßen Vorrichtung in der einen Koordinatenrichtung eine rein mechanische Bewegungsübersetzung zwischen Taster und Zeiger und in der anderen Koordinatenrichtung eine optische oder gemischt optisch/mechanische Übersetzung statt. Die Erfindung bringt daher den technischen Fortschritt, daß zur Untersuchung eines langgesetreckten Profils, beispielsweise eines Turbinenschaufelprofils, welches vor der Prüfung in Richtung der Koordinate mit rein mechanischer Bewegungsübersetzung zwischen Taster und Zeiger ausgerichtet worden ist, die Projektoroptik nur entsprechend der Breite des Profils bemessen /u sein braucht, die in der Regel nur einen Bruchteil der Profillänge beträgt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den vorstehenden Unteransprüchen gekennzeichnet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr unter bezug auf die Zeichnungen in ihren Einzelheiten beispielsweise beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar:

F i g. 1 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Profilvergleichers.

F i g. 2 eine Aufsicht auf den in F i g. 1 gezeigten Pro· filvcrgleicher,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Ebene ΙΙΙ-ΙΠ in F i g. 2. und

F i g. 4 einen Schnitt längs der Ebene IV-IV in F i g. 2.

Bei dem in den F i g. 1 bis 4 der Zeichnungen dargestellten erfindungsgemäßen Profilvergleicher wird das zu untersuchende Werkstück 10 in einer Halterung 10,4 auf einem Rahmen 11 gehalten und mittels zweier einander gegenüberliegender Taster 12 abgetastet, welche auf Schlitten 13 befestigt sind, die ihrerseits in auf einem Schlitten 14 angeordneten Lagerungen 13Λ in X-Richtung verschiebbar sind. Der Schlitten 14 wird an dem Rahmen 11 durch Führungen 14A gehalten, welche seine Verschiebung in der Y-Richtung zulassen. In der Zeichnung nicht dargestellte Einrichtungen bewirken ein elastisches Andrücken der Taster 12 an das zu untersuchende Werkstück. Die Bewegung der Taster 12 wird jeweils auf ein Zeigerpaar 12Λ übertragen, welches an Schlitten 16 befestigt ist, die ihrerseits wiederum in X-Richtung in auf einem Schlitten 17 angeordneten Lagerungen 16Λ verschiebbar gehaltert sind, der seinerseits auf dem Rahmen 11 in den Führungen 14/4 in Y-Richtung verschiebbar gehaltert ist.

Der Schlitten 14 ist mittels einer Spindel 18 verschiebbar, welche ihrerseits mit einer Spindel 19 verbunden ist, welche den Antrieb des Schlittens 17 bewirkt. Die Verbindung zwischen diesen beiden Spindeln erfolgt über ein Getriebe 20 derart, daß, wenn die Spindel mittels eines Handrades 21 (Fig.2) gedreht wird, der Schlitten 17 einen größeren Weg als der Schlitten 14 zurücklegt, welcher bei dem hier beschriebenen Beispiel beispielsweise dreimal so groß ist wie der Weg des Schlittens 14. Mithin ist die jeweilige Zeigerverschiebung in V-Richtung dreimal größer als die entsprechende Tasterverschiebung. Die Verschiebung der Taster in der X-Richtung wird ebenfalls vervielfacht, doch erfolgt diese Vervielfachung teils mechanisch und teils optisch. Um eine mechanische Vervielfachung des Verschiebungsweges zu erzielen, sind die beiden Taster 12 mit einem Hebel 23 verbunden, welcher auf dem Schlitten 14 schwenkbar so gelagert ist, daß er keine Axialverschiebung mitmachen kann und welcner seine Schwingbewegung über eine Welle 24 auf einen Hebel 25 größerer Hebelarmlänge überträgt, der auf dem Schlitten 17 schwenkbar, jedoch axial unverschiebbar gelagert ist Die beiden Wellen 24 sind auf dem Rahmen 11 drehbar gelagert und sind mit den Hebeln 23 und 25 so verbunden, daß sie deren Schwenkbewegung durch entsprechende Drehbewegung mitmachen. Der Hebel 25 ist eineinhalbmal länger als der Hebel 23, so daß die jeweilige Verschiebung der Zeiger eineinhalbmal größer als die entsprechende Verschiebung der Taster ist.

Die Zeiger 12Λ werden mittels eines optischen S>stems auf einen Bildschirm projiziert, welches im wesentlichen einem normalen Projektor entspricht und eine Lichtquelle 30 aufweist, die über Kondensorlinsen 31 ein Schattenbild des betreffenden Zeigers über einen Spiegel 32, Projektorlinsen 33 und einen weiteren Spiegel 34 auf die Rückseite des Bildschirmes 35 wirft, auf welchem sodann entsprechende Bilder 12ß der beiden Zeiger 12Λ erscheinen. Ein Musterprofil 37 in Form einer Profilzeichnung ist an dem Bildschirm 3¹? befestigt. Die Linsen 33 vergrößern die Verschiebungen der Bilder 12ß mit Bezug auf die Verschiebungen der Zeiger 12/4 um das zweifache. Die Gesamtvervielfachung der Verschiebungen der Taster 12 in der X-Richtung entspricht infolgedessen dem Faktor 3 und ist folglich gleich derjenigen der Verschiebung in der Y-Richtung.

Das optische System, d. h. die Teile 30 bis 34, ist an dem Schlitten 17 befestigt. Der Bildschirm 35 ist mittels einer Halterung 35,4 an dem Rahmen 11 befestigt. Daraus ergibt sich, daß die Zeiger in der X-Richtung relativ zu dem optischen System und relativ zu dem Bildschirm verschoben werden, während sich in der Y-Richtung die Zeiger und das optische System zusammen relativ zu dem Bildschirm verschieben.

Um der Bedienungsperson ein noch weiter vergrößertes Bild der Abbildungen 12ß der Zeiger und des Musterprofils 37 zu vermitteln, ist vor dem Bildschirm 35 eine Linse 38 angeordnet, welche die Zeigerbilder 12ß und die diesen benachbarten Abschnitte des Musterprofils so stark vergrößert, daß diese Zeigerbilder 12ß als vergrößerte Zeigerbilder 12C erscheinen und die Kanten des Musterprofils als vergrößerte Kantenlinien 39 erscheinen. Die Linse 38 kann beispielsweise einen Vergrößerungsfaktor 2 haben, so daß sich für den Betrachter des Bildschirmes durch die Linse 38 hindurch ein Endvergrößerungsfaktor 6 ergibt. Der Durchmesser der Linse 38 muß natürlich so groß sein, daß das zu betrachtende Profil überdeckt wird. Die Linse 38 ist mittels einer Halterung 40 derart an dem Schlitten 17 befestigt, daß sie sich in V-Richtung zusammen mit dem Schlitten 17 verschiebt und folglich die ganze Profillänge abdeckbar ist. Durch die Anordnung einer derartigen Vergrößerungslinse kann die Endvergrößerung erhöht werden, ohne daß die Abmessungen des Bildschirmes vergrößert zu werden brau-

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clicn bzw. es kann ein bestimmter EndvergrößerungS" faktor unter Benutzung eines entsprechend kleineren Bildschirmes und eines entsprechend kleineren Projektors erzielt werden.

Da der Projektor in K-Richtung zgsammen mit den Zeigern verschoben wird, braucht die Öffnungsweite des Projektors nur groß genug zu sein, um die Verschiebungen in der '-Y-Richiurig zu überdecken. Wird unterstellt, daß die Profillänge des; Werkstückes einen Nennwert von etwa 250 mm habe und ;daß die Profildicke etwa 50 mm betrage, dann ergibt sich'bei'einem Vergrößerungsfaktor von 3 :1 ein Bilclschirmdurchmcxscr von 750 mm, doch braucht der Projektor in diesem Falle nur eine Öffnungsweile zu haben, innerhalb welcher ein Zcigcrweg von 75 mm Platz hat. Wenn der Projektor dagegen die ganze Profillängc von 250 mm erfassen müßte, dann würde hierfür nicht nur ein unverhältnismäßig teures optisches System erforderlich sein.

sondern es ergiibcn sich auch Brennweiten' bei eilicm solchen optischen System.'welche' große'Äppäratc'abriiessungch zur Folge hatten. Auch müßte i|i^v diese hi Fälle der ganze Bildschirm ausgcleuchlet-werdcni^walifchd es bei dem erfindungügemäßen Apparat'aifsi'cfch!·, nur einen Kreisbereich von 150 mm auszulcupiiVen, wenn das vorliegende Zahienbeispicl zugrtindc^gclegi 'wird.

Die Wcgvcrviclfachu'ng in der Λ'-Richtürig braucht nicht teils mechanisch und teils optisch gelöst'^;#tr··wcrdcn. sondern kann auch ganz auf optischem Wege erzielt werden. Das Hauptkriteritim ist, daß die Cesamivcrgrößerung in der A'-Richlung die gleiche wie in der y-Richtung sein muß. So können beispielsweise die Hebel 23,25 auch gleich lang gemacht werden, in welchem Falle die Projektorlinsen 33 so ausgelegt sein müssen, daß sich ein Vergrößerungsfaktor 3 ergibt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1773 Palentansprüche:

1. Vorrichtung zum optischen Vergleichen des Profils eines Werkstückes mit einem vergrößert dargestellten Musterprofil, mit einer Einrichtung -zur Umsetzung der zweidimensionalen Relativbewegung zwischen einem Taster und einer Werkstückhalterung in eine entsprechende zweidimcnsionale Relativbewegung eines Zeigers, und mit einem Projektor, welcher den Zeiger auf einem mit dem Musterprofil versehenen Bildschirm abbildet, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Projektor (30, 31, 33) zusammen mit dem Zeiger (12M) in einer (Y) der zwei Koordinalenrichtungen (X, Y) der Zeigerbewegung relativ zum Bildschirm (35) verschiebbar ist mit einer mechanischen Bewegungsübersetzung (20), welche im Vergleich zur Tasterverstellung in diese Richtung (Y) dem Gesamtvergroßerungsfaktor entspricht, und daß

b) der Zeiger (12,4) in der anderen Koordinatenrichtung (X) relativ zum Projektor (30. 31. 33) verschiebbar ist, so daß die vergrößern.· Darstellung der Zeigerverschiebung auf dem Bildschirm (35) in dieser Richtung (X) mindestens zu einem vorgegebenen Bruchteil des Gesamtvergrößerungsfaktors optisch erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß auf der vom Projektor (30, 31, 33) abgewandten Seite des Bildschirms (35) eine in einer parallelen Ebene zum Bildschirm (35) verschiebbare Vergrößerungseinrichtung (38) angeordnet ist. welche in einem örtlich begrenzten Bereich eine vergrößerte Ansicht des Bildschirms liefert und zusammen mit dem Zeiger (12/1) in der einen Koordinatenrichtung (Y) verschiebbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch je einen Kreuzschlitten (13, 14 bzw. 16,17) für den Taster (12) bzw. den 2'eiger (12/1). wobei der eine Schlitten (17) des Zeigerkreuzschlittens auch den Projektor (30. 31. 33) trägt, durch ein in den Antrieb (18. 19. 21) für die beiden Kreuzschlitten eingeschaltetes Übersetzungsgetriebe (20), welches die Bewegung des Zeigerkreuzschlittens (16, 17) relativ zu der des Tasterkreuzschlittens (13, 14) entsprechend dem Gesamtvergrößerungsfaktor übersetzt, und durch eine weitere mechanische Übersetzung (23, 25) zwischen dem den Taster (12) tragenden Schlitten (13) und dem den Zeiger (12/\) tragenden Schlittten (16) mit einem solchen Übersetzungsverhältnis, daß das Produkt mit dem optischen Vergrößerungsfaktor des Projektors (30. 31. 33) gleich dem Gesamtvergrößerungsfaktor ist.