DE2530163A1 - Positioning optical measuring instrument - has grating illuminator and image optics for positioning or reading of relative position of two objects - Google Patents
Positioning optical measuring instrument - has grating illuminator and image optics for positioning or reading of relative position of two objectsInfo
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Abstract
Description
Optische Meßeinrichtung Die Erfindung betrifft eine optische Meßeinrichtung zum Positionieren oder Ablesen der Relativlage zweier Objekte, bestehend aus einem Maßstab, einer Beleuchtungseinrichtung und einer Abbildungsoptik, mittels der ein Teilungsausschnitt des Maßstabes optisch vergrößert auf eine Mattscheibe abgebildet wird. Optical measuring device The invention relates to an optical measuring device for positioning or reading the relative position of two objects, consisting of one Scale, a lighting device and an imaging optics, by means of which a Graduated section of the scale, optically enlarged, shown on a focusing screen will.
Bei derartigen optischen Meßeinrichtungen wird vielfach die Verwendung stark vergrößernder, kurzbrennweitiger Abbildungsoptiken angestrebt. Die Verwendung derartiger Abbildungsoptiken ist aber problematisch. Wegen deren geringer Schärfentiefe bewirken nämlich bereits geringe Abstands schwankungen zwischen der Abbildungsoptik und der Teilungsebene des Maßstabes Unschärfen in der Abbildung. Die Forderung nach hoher Abbildungsgüte bedingt daher nicht nur eine hohe Qualität in der Optik,#sondern auch eine hohe Präzision in der beteiligten Mechanik.In optical measuring devices of this type, they are often used Striving for strongly magnifying, short focal length imaging optics. The usage such imaging optics is problematic. Because of their shallow depth of field namely cause even slight fluctuations in distance between the imaging optics and the plane of division of the scale blurs in the figure. The demand of High image quality therefore not only requires high quality optics, but # also a high level of precision in the mechanics involved.
Aus der CH-PS 398 098 ist es bei einer optischen Meßeinrichtung bereits bekannt, daß sich die Abbildungsoptik bzw. deren Trägerkörper über Gleitschuhe direkt an der Teilungsfläche des Maßstabes abstützt. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß der Arbeitsabstand zwischen der Abbildungsoptik und der Teilungsfläche des Maßstabes stets konstant bleibt. Als Nachteil dieser optischen MeB-einrichtung ist anzusehen, daß durch den geringen Arbeitsabstand zwischen der Abbildungsoptik und dem Maßstab eine Reinigung dieser Baugruppen nur schwer möglich sein wird.From CH-PS 398 098 it is already in the case of an optical measuring device known that the imaging optics or their support body via sliding blocks directly supported on the division surface of the scale. This measure ensures that the working distance between the imaging optics and the dividing surface of the scale always remains constant. A disadvantage of this optical measuring device is to be seen as that due to the small working distance between the imaging optics and the scale one Cleaning of these assemblies will be difficult.
Außerdem besteht die Gefahr, daß im rauhen Werkstattbetrieb der Maßstab eine Beschädigung erfährt.In addition, there is a risk that in rough workshop operation the scale experiences damage.
Aus der DT-OS 2 259 604 ist ferner eine Anordnung bekannt geworden, bei der sich zur Stabilisierung des Arbeitsabstandes eine an Blattfedern aufgehängte Abbildungsoptik über ein Luftlager auf einem beweglichen Bauteil (Bildplatte) abstützt. Die Anwendungsmöglichkeiten einer solchen Anordnung sind beschränkt.From DT-OS 2 259 604 an arrangement has also become known, in which one is suspended from leaf springs to stabilize the working distance The imaging optics are supported by an air bearing on a movable component (image plate). The possible uses of such an arrangement are limited.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Meßeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch hohe Genauigkeit, leiche Handhabung, insbesondere aber durch eine einfache und kompakte Bauweise auszeichnet.The object of the invention is to provide an optical measuring device of the initially mentioned called type to create, which is characterized by high accuracy, easy handling, in particular but characterized by a simple and compact design.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, zu erreichen, daß der Maßstab und die optischen Bauteile der Meßeinrichtung auch im rauhen Werkstattbetrieb frei von jeglicher Verschmutzung bleiben. Durch die Erfindung soll auch der Anbau der optischen Meßeinrichtung an Maschinen wesentlich erleichtert werden.Another object of the invention is to achieve that the scale and the optical components of the measuring device even in rough workshop operation stay free from any pollution. The invention should also cultivate the optical measuring device on machines can be made much easier.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe im wesentlichen durch die Kombination folgender zum Teil an sich bekannter Merkmale: a) die Teilung des Maßstabes weist zwischen bezifferten Teilungsintervallen noch unbezifferte Feinteilungen auf, b) die optische Abbildung eines Teilungsausachnittes des Maßstabes auf einen ortsfesten Ableseindex wird mittels einer stark vergrößernden, kurzbrennweitigen Abbildungsoptik bewirkt, c) die Abbildungsoptik bzw. deren Trägerkörper stützt sich direkt am Maßstab ab, so daß der Arbeitsabstand zwischen Abbildungsoptik und Teilungsebene des Maßstabes stets konstant ist, d) der Trägerkörper für die Abbildungsoptik ist über eine spielfreie Kupplung an einem Mitnehmer angekoppelt, der aus einem den Maßstab und die Abbildungsoptik gegen Umwelteinflüsse abschirmenden Hohlkörper herausragt, e) durch den Mitnehmer hindurch ist der Beleuchtungsstrahlengang ins Innere des Hohlkörpers und der Abbildungastrahlengang aus dem Hohlkörper auf die am Mitnehmer angebrachte Mattscheibe geführt.The invention solves the problem essentially by Combination of the following features, some of which are known per se: a) the division of the scale shows fine divisions that have not yet been numbered between numbered graduation intervals, b) the optical image of a graduation cutout of the scale on a stationary one Reading index is by means of a strongly magnifying, short focal length Imaging optics causes c) the imaging optics or their carrier body is supported directly on the scale, so that the working distance between the imaging optics and the dividing plane the scale is always constant, d) is the support body for the imaging optics coupled via a backlash-free coupling to a driver, which consists of a The scale and the imaging optics protrude from the hollow body shielding against environmental influences, e) through the driver is the illumination beam path into the interior of the Hollow body and the imaging beam path from the hollow body to the driver attached ground glass.
Weitere Merkmale der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.Further features of the invention can be found in the subclaims.
Die optische Meßeinrichtung nach der Erfindung bietet folgende wesentliche Vorteile: 1. Hohe Genauigkeit bei kleiner kompakter Bauform, 2. besonders leichte Handhabung, da der Meßwert ohne Verstellung irgendwelcher Bauteile sofort ablesbar ist, 3. konstruktiv einfacher Aufbau und somit kostengünstige Herstellung möglich, 4. unkomplizierte Montage der Meßeinrichtung an der Maschine, da die Meßeinrichtung im fertig justierten Zustand angeliefert wird, 5. vielseitige Anwendbarkeit, u. 8. wegen der Unabhängigkeit von Maschinenführungen, 6. keine Verschmutzung und Beschädigung der empfindlichen Baugruppen (Maßstab/Optikteile) möglich, 7. Möglichkeit zur Vollwerteinstellung.The optical measuring device according to the invention offers the following essentials Advantages: 1. High accuracy with a small, compact design, 2. Particularly light Handling, as the measured value can be read immediately without adjusting any components is, 3. structurally simple construction and thus cost-effective production possible, 4. Uncomplicated installation of the measuring device on the machine, since the measuring device is delivered in a fully adjusted state, 5. versatile applicability, and 8. because of the independence of machine guides, 6. no pollution and Damage to the sensitive assemblies (scale / optical parts) possible, 7th possibility for full value adjustment.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.
Es zeigt Figur 1 eine Seitenansicht der optischen Meßeinrichtung nach der Erfindung, Figur 2 eine Draufsicht auf Figur 1, Figur 3 einen Schnitt nach der Linie A-B der Figur 2, Figur 4 einen Schnitt nach der Linie C-D der Figur 1, Figur 5 einen Bchnitt nach der Linie E-F der Figur 4, Figur 6 einen Schnitt nach der Linie G-H der Figur 4.It shows FIG. 1 a side view of the optical measuring device according to FIG of the invention, Figure 2 is a plan view of Figure 1, Figure 3 is a section according to the Line A-B of Figure 2, Figure 4 shows a section along the line C-D of Figure 1, Figure 5 shows a section along the line E-F in FIG. 4, and FIG. 6 shows a section along the line G-H of Figure 4.
Im Ausführungabeispiel ist mit der Positionsnummer 1 das Ablesegerät und mit 2 die den Maßstab 3 tragende Baueinheit bezeichnet. Das Ablesegerät 1 und die Baueinheit 2 sind an einem Maschinenbett bzw. Maschinenschlitten befestigt. Die Baueinheit 2 besteht zweckmäßig aus einem stranggezogenen Aluminium-Hohlkörper 4 und einem Glasmaßstab 3, der im Hohlkörper 4 durch Kleben befestigt ist. Der biegesteife Hohlkörper 4 ist mittels biegsamer, dachförmig angeordneter Dichtlippen 5/6 verschlossen. In the example, the reading device is item number 1 and 2 denotes the structural unit carrying the scale 3. The reader 1 and the structural unit 2 are attached to a machine bed or machine slide. The structural unit 2 expediently consists of an extruded hollow aluminum body 4 and a glass scale 3, which is fixed in the hollow body 4 by gluing. The rigid one Hollow body 4 is by means of flexible, roof-shaped sealing lips 5/6 closed.
Bei der am Maßstab 3 aufgebrachten Teilung sind im Ausführungsbeispiel die Zehntel-Intervalle beziffert. Die Figur 2 zeigt ein vollständiges Bild der benutzten Teilung T im Ablesefeld A des Gerätes 1. Die Ablesemöglichkeit in Zahlen beträgt demnach "0,1 mm", durch unbezifferte Teilstriche "0,01 mm". Der Ablesewert am Index J beträgt genau 220,2 mm.In the case of the graduation applied to the scale 3, in the exemplary embodiment the tenth intervals are numbered. Figure 2 shows a complete picture of the used Graduation T in reading field A of the device 1. The reading option in numbers is accordingly "0.1 mm", with un-numbered graduation lines "0.01 mm". The reading on the index J is exactly 220.2 mm.
Am Hohlkörper 4 ist auch noch eine Grobteilung TG vorgesehen, die an einem Index JG des Gerätes 1 abgelesen werden kann.A coarse division TG is also provided on the hollow body 4, which can be read from an index JG of the device 1.
Die Abbildung eines Teilungsaussohnittes des Maßstabes 3 erfolgt mittels eines kurzbrennweitigen Objektives 7, das an einem Trägerkörper 8 angebracht ist (Figur 3). Das Objektiv 7 besitzt eine sehr hohe Vergrößerung (50-fach).The mapping of a partial extent of the scale 3 takes place by means of a short focal length objective 7 which is attached to a carrier body 8 (Figure 3). The objective 7 has a very high magnification (50 times).
Der Objektivträger 8 stützt sich über reibungsarme Gleitschuhe 9 direkt auf der Teilungsfläche des Glasmaßstabes 3 ab. Dadurch ist sichergestellt, daß der durch die kurze Brennweite des Objektives 7 bedingte sehr geringe Arbeitsabstand zwischen dem Objektiv 7 und der Teilungsfläche des Maßstabes 3 stets konstant ist. Am Trägerkörper 8 sind auch noch Laufrollen (Kugellager) 10 vorgesehen, über die sich dieser am Hohlkörper 4 abstützt.The lens carrier 8 is supported directly via low-friction sliding shoes 9 on the dividing surface of the glass scale 3. This ensures that the very short working distance due to the short focal length of the lens 7 between the objective 7 and the division surface of the scale 3 is always constant. On the carrier body 8 rollers (ball bearings) 10 are also provided over which this is supported on the hollow body 4.
Der Trägerkörper 8 ist über eine insgesamt mit 11 bezeichnete spielfreie Kupplung (Figur 4) an dem als Mitnehmer ausgebildeten Bauteil 1 angekoppelt. Der Mitnehmer 1 durchdringt die Dichtlippen 5/6 und besitzt in diesem Abschnitt einen schwertförmigen Querschnitt (Figur 6). In dem gegenüber dem Hohlkörper 4 vorspringenden Bereich ist der Mitnehmer 1 als Gehäuse 12 ausgebildet. Im Gehäuse 12 ist die Beleuchtungseinrichtung 21, Umlenkspiegel 16 u. 17, eine Mattscheibe 18, eine Ableselupe 19 (Figur 5) sowie die mechanischen Teile der Baugruppe 20 für die Vollwerteinstellung untergebracht. Die Beleuchtungseinrichtung 21 enthält eine Lampe 13 und einen Kondensor 14. Das die vorgenannten Teile aufnehmende Gehäuse 12 ist mittels eines eines Deckels 22 verschlossen.The carrier body 8 is free of play, which is designated as a whole by 11 Coupling (FIG. 4) coupled to component 1 designed as a driver. Of the Driver 1 penetrates the sealing lips 5/6 and has a in this section sword-shaped cross-section (Figure 6). In the opposite to the hollow body 4 protruding area the driver 1 is designed as a housing 12. The lighting device is in the housing 12 21, deflection mirror 16 and 17, a ground glass 18, a reading magnifier 19 (Figure 5) and accommodated the mechanical parts of the assembly 20 for the full value setting. The lighting device 21 contains a lamp 13 and a condenser 14. Das The housing 12 accommodating the aforementioned parts is secured by means of a cover 22 locked.
Im Gehäuse 12 befindet sich ein Durchbruch 23 für den Beleuchtungsstrahlengang, ein Duschbruch 24 für den Abbildungsatrahlengang und ein Durchbruch 25 für den Winkelhebel 26 der Baugruppe 20 Der Beleuchtungsstrahlengang ist auf der Rückseite des Maßstabes 3 über Spiegel 27 und 28 umgelenkt. Der Spiegel 27 ist über einen Halter (nicht dargestellt) am schwertförmigen Abschnitt des Gehäuses 12 befestigt Der Spiegel 28 ist zusammen mit einem Kondensor über über einen Halter 30 (Figur 3) am Trägerkörper 8 für das Objektiv 7 engebracht.In the housing 12 there is an opening 23 for the illumination beam path, a shower breach 24 for the imaging path and a breakthrough 25 for the angle lever 26 of the assembly 20 The illumination beam path is on the back of the scale 3 deflected via mirrors 27 and 28. The mirror 27 is via a holder (not shown) attached to the sword-shaped portion of the housing 12 The mirror 28 is together with a condenser via a holder 30 (Figure 3) on the carrier body 8 for lens 7.
Die Kupplung 11 11 zwischen Objektivträger 8 8 und Mitnehmer 1 besteht aus einem flachen Verbindungsteil 31, das über ein spielfreies Kugelgelenk 32 am Objektivträger 8 und über ein weiteres Kugelgelenk 33 an einem am Mitnehmer 1 angebrachten Winkelhebel 26 angekoppelt ist. Der Mittelpunkt des Kugelgelenkes 32 bzw. 33 liegt in Höhe der neutralen des des Maßstabes 3. Damit ist sichergestellt, daß der Objektivträger 8 am schwertförmigen Abschnitt des Mitnehmers 1 in Höhe der neutralen Faser des Maßstabes 3 angekoppelt ist. Durch diese Ankopplung werden durch Deformat ionen des ##stabes 3 hervorgerufene Fehler kompensiert.The coupling 11 11 between the lens carrier 8 8 and driver 1 is made from a flat connecting part 31, which has a backlash-free ball joint 32 on Lens carrier 8 and, via a further ball joint 33, to one attached to the driver 1 Angle lever 26 is coupled. The center of the ball joint 32 or 33 is located at the level of the neutral of the scale 3. This ensures that the lens carrier 8 on the sword-shaped section of the driver 1 at the level of the neutral fiber of the Scale 3 is coupled. This coupling causes deformations of the ## stabes 3 caused errors compensated.
Eine vorgespannte Feder 34, die zwischen dem Befestigungsschaft des Kugelgelenkes 33 und einer Bohrung im Verbindungsteil 31 eingebracht ist, bewirkt, daß der Objektiv träger 8 sowohl gegen die Führungsfläche am Glasmaßstab 3 als auch gegen die Führungsfläche am Hohlkörper 4 gedrückt wird.A preloaded spring 34 that is positioned between the mounting shaft of the Ball joint 33 and a hole in the connecting part 31 is introduced, causes that the lens carrier 8 both against the guide surface on the glass scale 3 as well is pressed against the guide surface on the hollow body 4.
Die Baugruppe 20, die eine Vollwerteinstellung ermöglicht, enthält einen Winkelhebel 26, eine Betätigungsschraube 36 sowie eine Feder 37. Der Winkelhebel 26, an dem das Kugelgelenk 33 befestigt ist, ist über eine Drehachse 35 am Mitnehmer 1 schwenkbar gelagert. Die Verstellung des Winkelhebels 26 erfolgt mittels der Schraube 36 gegen die Wirkung der Feder 37. Beim Betätigen der Schraube 36 wird die Kupplungsbaueinheit 11 ausgelenkt und der Objektiv träger 8 relativ zur Teilung des Maßstabes 3 geringfügig verschoben, und zwar soweit, bis ein beziffertes Teilung intervall, von dem bei der Messung ausgegangen werden soll, am Ableseindex J eingestellt ist.The assembly 20, which enables full value adjustment, contains an angle lever 26, an actuating screw 36 and a spring 37. The angle lever 26, to which the ball joint 33 is attached, is on the driver via an axis of rotation 35 1 pivoted. The angle lever 26 is adjusted by means of the screw 36 against the action of the spring 37. When the screw 36 is actuated, the coupling assembly 11 deflected and the lens carrier 8 relative to the division of the scale 3 slightly postponed until a numbered division interval from which at the measurement is to be assumed, the reading index J is set.
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