DE3611030A1

DE3611030A1 - OPTICALLY POSITIONABLE DEVICE

Info

Publication number: DE3611030A1
Application number: DE19863611030
Authority: DE
Inventors: Werner Krieg; Johannes Dipl Ing Moebius
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1985-07-01
Filing date: 1986-04-02
Publication date: 1987-01-08
Also published as: DD238938A1; FR2584007A1

Description

Die Erfindung betrifft eine optisch positionierbare Einrichtung für Taster, Werkstücke und Werkzeuge an Meßgeräten und Werkzeugmaschinen, vorzugsweise zum Positionieren derselben an schwer zugänglichen Stellen und für Justiervorgänge an fluchtenden Teilen.The invention relates to an optically positionable device for buttons, workpieces and tools on measuring instruments and machine tools, preferably for positioning them in hard-to-reach places and for adjustment processes on aligned parts.

Im Produktionsprozeß ist es häufig notwendig, Werkstücke fluchtend zu orientieren oder auf ihre fluchtende Lage relativ zueinander hin zu prüfen. Fluchtungsprüfungen werden vielfach optisch mit Hilfe eines Fluchtfernrohres und einer Zielmarke eines Projektionssystems durchgeführt, wobei die Zielmarke durch das Zielfernrohr beobachtet wird.In the production process it is often necessary to have workpieces to be aligned or relative to their aligned position to check each other. Alignment checks will be made often optically with the help of an escape telescope and one Target of a projection system performed, the Target mark is observed through the scope.

Nach dem ATM-Blatt V 8224-16, Februar 1963, Seite 39 und Seite 40, kann auch aus der Okularebene eines Fluchtfernrohres eine Marke oder Strichfigur auf eine im Ziel liegende Zielmarke projeziert werden. Die Meß- oder Einstelleinrichtung befindet sich also im oder am auszufluchtenden Objekt. Nachteilig ist hierbei, daß die Meßstelle zugänglich und beobachtbar sein muß. Bei der Nachfokussierung des Fluchtfernrohres treten Versetzungsfehler der Fluchtlinie auf. According to ATM sheet V 8224-16, February 1963, page 39 and Page 40, can also be seen from the eyepiece level of an escape telescope a mark or stick figure on a target Target are projected. The measuring or setting device is therefore in or on the object to be aligned. The disadvantage here is that the measuring point is accessible and must be observable. When refocusing the escape scope misalignment of the escape line occurs.

Bei einem Fluchtfernrohr mit Köstersprisma wird die projezierte Marke von einem am Meßobjekt angeordneten Hohlspiegel in die Okularebene des Fernrohres zurückgeworfen, wobei der Mittelpunkt des Hohlspiegels an der Stelle des projezierten Luftbildes der Marke liegt. Führungsfehler der Fokussierung des Fernrohres werden zwar vermieden, doch muß auch hier die anzumessende Stelle erreichbar sein, damit dort der Hohlspiegel angeordnet werden kann. Das Fernrohr selbst ist durch die zusätzliche Anordnung von Prismen kompliziert aufgebaut.With an escape telescope with a Köstersprisma, the projected Mark of a concave mirror arranged on the measurement object thrown back into the eyepiece plane of the telescope, the Center of the concave mirror at the location of the projected Aerial view of the brand. Guiding mistake of focusing of the telescope are avoided, but here too be accessible to be measured, so that there the concave mirror can be arranged. The telescope itself is through the additional arrangement of prisms is complicated.

Aus Feingerätetechnik 3 (1954), 6, Seiten 273-275, ist es bekannt, mit Hilfe eines Kollimators eine beleuchtete Marke entlang der Ziellinie abzubilden. Dieses Bild wird mit dem Fluchtfernrohr betrachtet.From Feingerätetechnik 3 (1954), 6, pages 273-275, it is known, with the help of a collimator an illuminated mark map along the finish line. This picture is made with the Examined telescope viewed.

In der DE-OS 32 26 881 ist ein Justierhilfsmittel zum Ausfluchten einer mehrstelligen Wellenlagerung beschrieben, wobei sich in einer zylindrischen Buchse ein strahllageempfindlicher Sensor und Mittel für eine Anzeige befinden und die Meßebene im Inneren oder auf der Vorderfläche der Buchse liegt. Die Beleuchtung erfolgt durch eine Laseranordnung, wobei der Laserstrahlengang die Fluchtlinie darstellt. Wird jedoch ein derartig gestalteter Sensor z. B. mit einem Werkzeug oder Paßstück zum Zentrieren kleiner Bohrungen verbunden, so treten bereits bei kleinen Richtungsabweichungen Komparatorfehler auf. Befriedigende Ergebnisse beim Ausfluchten von Teilen oder bei der Fluchtungsprüfung sind mit dieser Anordnung nur dann zu erzielen, wenn der Sensor direkt am oder im zu vermessenden Objekt anordenbar ist, d. h. das Objekt muß zugänglich sein.In DE-OS 32 26 881 there is an alignment aid for alignment a multi-digit shaft bearing described, where in a cylindrical socket a radiation sensitive Sensor and means for a display are located and the measuring plane is inside or on the front surface of the socket. The Illumination is provided by a laser array, the laser beam path represents the escape line. However, will be one of those designed sensor z. B. with a tool or adapter connected to center small holes, so kick in with small deviations in direction, comparator error. Satisfactory Results when aligning parts or when Alignment tests can only be achieved with this arrangement if if the sensor is directly on or in the object to be measured can be arranged, d. H. the object must be accessible.

Es ist ferner allgemein bekannter Stand der Technik, für Präzisionsausrichtungen von Werkzeugen und Werkstücken auf Werkzeugmaschinen ein Zentriermikroskop vorzusehen, welches z. B. im Werkzeugkegel der Maschine zum Anvisieren von Zielmarken tragenden Zentriereinsätzen an den Werkstücken eingesetzt ist. Wegen eines Überstandes der Zielmarken wird auch hier das Komparatorprinzip verletzt, und Fluchtungsfehler sind nicht vermeidbar.It is also well known in the art for precision alignment of tools and workpieces on machine tools to provide a centering microscope which, for. B. in the tool cone of the machine for targeting load-bearing centering inserts on the workpieces. Because of a protrusion of the targets, this is also the case here Comparator principle violated, and misalignments are not avoidable.

Es ist Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und die Genauigkeit der Positionierung, insbesondere bei Anreiß- und Antastvorgängen, mittels Fluchtungsmeßgeräten zu erhöhen und den Anwendungsbereich solcher Geräte zu erweitern.The aim of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art Eliminate technology and positioning accuracy, especially for marking and probing processes, using alignment meters to increase and the scope of such Expand devices.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optisch positionierbare Einrichtung für Fluchtungs-, Antast- und Markierungsvorgänge und -aufgaben an Maschinen und Geräten zu schaffen, welche konstruktiv einfach aufgebaut und leicht handhabbar ist und mit hoher Genauigkeit auch an kleinen, nicht oder schwer zugänglichen Objekten oder Objektstellen die Ausführung von Fluchtungs-, Antast- und Markierungsvorgängen und -aufgaben und eine Automatisierbarkeit von Einstellvorgängen weitestgehend ermöglicht.The invention has for its object an optically positionable Device for alignment, probing and marking processes creating tasks and tasks on machines and devices, which are structurally simple and easy to use is and with high accuracy even on small, not or objects or object locations that are difficult to access of alignment, probing and marking processes and tasks and automation of setting processes as much as possible enables.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine optisch positionierbare Einrichtung für Taster, Werkstücke und Werkzeuge, die ein Gehäuse umfaßt, in welchem eine Zielmarke oder eine fotoelektrische Empfängeranordnung angeordnet ist, und die in einem Laser- oder Kollimatorstrahlengang am zu vermessenden oder zu positionierenden Objekt anbringbar ist, dadurch gelöst, daß im Gehäuse im Raum zwischen der Zielmarke oder der Empfängeranordnung und dem Projektionssystem oder Laser ein optisches Abbildungssystem derart angeordnet ist, daß die Ebene, in welcher Zielmarke oder Empfängeranordnung liegen, von der bildseitigen Hauptebene des Abbildungssystems einen Abstand besitzt, der kleiner als oder gleich dessen bildseitiger Brennweite ist, daß ferner im Gehäuse optische Elemente zur Erzeugung eines Beobachtungs- oder Abtaststrahlenganges vorgesehen sind, und daß auswechselbar am Gehäuse, den Antastort oder die diesen beinhaltende Ebene am Meßobjekt oder Werkstück markierende oder an den Antastort oder in dessen Ebene ansetzbare Anordnungen im bildseitigen Raum des Abbildungssystems angeordnet sind.According to the invention, this object is achieved by an optically positionable Device for buttons, workpieces and tools that includes a housing in which a target or photoelectric Receiver arrangement is arranged, and which in one Laser or collimator beam path on or to be measured positioning object can be attached, solved in that in Housing in the space between the target or the receiver arrangement and the projection system or laser is an optical imaging system is arranged so that the level in which Target mark or receiver arrangement are from the image side Main plane of the imaging system has a distance that is smaller than or equal to its focal length on the image side, that also in the housing optical elements for generating a Observation or scanning beam path are provided, and that interchangeable on the housing, the probing location or this including the plane on the measurement object or workpiece or arrangements that can be applied to the probing location or in its plane arranged in the image-side space of the imaging system are.

Vorteilhaft ist es, daß die an das Gehäuse ansetzbaren Anordnungen Tastfinger, Werkzeuge, Zentrierzylinder und dergleichen sind.It is advantageous that the arrangements attachable to the housing Touch fingers, tools, centering cylinders and the like are.

Mit der Erfindung wird eine konstruktiv einfache, handliche und vielseitig einsetzbare optisch positionierbare Einrichtung geschaffen, mit welcher vor allem Fluchtungs- und Markierungs- sowie Einstellungsaufgaben auch an kleinen oder schwer zugänglichen Objekten mit großer Genauigkeit gelöst werden können. Desweiteren können mit derartigen Einrichtungen in Verbindung mit Fluchtungslasern, herkömmlichen projizierenden Fluchtfernrohren oder sonstigen Projektionssystemen diese Aufgaben in kürzester Zeit erledigt werden. Komparatorfehler werden weitestgehend vermieden.With the invention is a structurally simple, handy and versatile optically positionable device created with which alignment and marking as well as Adjustment tasks even on small or difficult to access Objects can be solved with great accuracy. Furthermore, can be connected to such devices with alignment lasers, conventional projecting escape telescopes or other projection systems these tasks in be done in no time. Comparator errors are largely avoided.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be described in more detail below using exemplary embodiments are explained. In the accompanying drawing:

Fig. 1 den optischen Grundaufbau der Einrichtung, Fig. 1 shows the basic structure of the optical device,

Fig. 2 Strahlengang und Abbildungsverhältnisse der Einrichtung, Fig. 2 beam path and imaging conditions of the device,

Fig. 3 eine Einrichtung mit Zentrierscheibe, Fig. 3 shows a device with a centering disc,

Fig. 4 eine Einrichtung mit Zentrierkugel, Fig. 4 shows a device with centering ball,

Fig. 5 eine Einrichtung mit Zentrierzylinder und Anzeigeeinheit, Fig. 5 shows a device with centering and display unit,

Fig. 6 eine Einrichtung mit Zentrierkegel und Fig. 6 shows a device with centering cone and

Fig. 7 einen Lichtleitkabelanschluß. Fig. 7 shows a fiber optic cable connection.

Fig. 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße, optisch positionierbare Einrichtung und ein Projektionssystem 1, welches u. a. eine Lichtquelle 2, eine Strichmarke 3; 3′ und ein, diese Strichmarke 3 abbildendes optisches System 4 umfaßt. Die Einrichtung 5 umfaßt ein Gehäuse 6, in welchem eine Zielmarke 7; 7′, im Raum zwischen Zielmarke 7; 7′ und Projektionssystem 1 ein optisches Abbildungssystem 8 angeordnet sind, wobei die Ebene E′, in welcher die Zielmarke 7 liegt, von der bildseitigen Hauptebene H′ (Fig. 1) des Abbildungssystems 8 einen Abstand a′ besitzt, der kleiner als dessen bildseitige Brennweite f′ ist. Am Gehäuse 6 können ein Taster 9, (Fig. 1), eine Zentrierscheibe 10 (Fig. 3) oder ein Taster 11 mit Zentrierkugel 12 (Fig. 4) oder ein Zentrierzylinder 13 (Fig. 5) angesetzt werden, um verschiedene Ausrichtaufgaben oder Messungen ausführen zu können. Ebenso kann eine Körnervorrichtung (nicht dagestellt) an das Gehäuse 6 angesetzt werden. Alle diese Anordnungen sind im bildseitigen Raum des Abbildungssystems 8 angeordnet und optisch nicht erreichbar. FIG. 2 schematically shows an optically positionable device according to the invention and a projection system 1 , which includes a light source 2 , a line mark 3 ; 3 ' and one, this line mark 3 imaging optical system 4 comprises. The device 5 comprises a housing 6 , in which a target 7 ; 7 ' , in the space between target 7 ; 7 ' and projection system 1, an optical imaging system 8 are arranged, the plane E' , in which the target 7 lies, from the image-side main plane H ' ( Fig. 1) of the imaging system 8 has a distance a' , which is smaller than the image-side Focal length is f ' . On the housing 6 , a button 9 , ( Fig. 1), a centering disk 10 ( Fig. 3) or a button 11 with a centering ball 12 ( Fig. 4) or a centering cylinder 13 ( Fig. 5) can be used for various alignment tasks or To be able to carry out measurements. A grain device (not shown) can also be attached to the housing 6 . All of these arrangements are arranged in the image-side space of the imaging system 8 and are not optically accessible.

Die Einrichtung 5 besitzt ferner optische Elemente, z. B. einen Strahlerteilerspiegel 14, zur Erzeugung eines Beobachtungs- und/oder Abtaststrahlenganges 15, wobei dieser Spiegel 14 im dingseitigen Raum des Abbildungssystems 8, also zwischen der dingseitigen Hauptebene H des Abbildungssystemes 8 und dem Kollimator 1, angeordnet ist.The device 5 also has optical elements, for. B. a radiating splitter mirror 14 , for generating an observation and / or scanning beam path 15 , this mirror 14 being arranged in the thing-side space of the imaging system 8 , that is, between the thing-side main plane H of the imaging system 8 and the collimator 1 .

Wie in Fig. 2 zur Veranschaulichung der Funktion der Einrichtung 5 dargestellt, wird die Strichmarke 3 virtuell aus dem Dingraum in den Bildraum durch das Projektionssystem auf die Antastebene E projiziert, in welcher der Antastpunkt P, z. B. des Tasters 9 liegt. Das in den Strahlengang eingefügte Abbildungssystem 8 der Einrichtung 5 bildet die Strichmarke 3 reell in den zwischen der Hauptebene H′ und dem bildseitigen Brennpunkt F′ des Abbildungssystems 8 befindlichen Raum in der Ebene E′ am Bildort P′ ab, wobei der Abstand a′ der Ebene E′ von der Hauptebene H′ a′ = und a der Abstand der Antastebene E von der dingseitigen Hauptebene H des Abbildungssystems 8 sind. Der auf der optischen Achse 16 liegende Antastpunkt P wird wiederum auf der optischen Achse 16 am Bildort P′ abgebildet. Diese gilt für Strahlen, die im Dingraum des Abbildungssystems 8 auf den Antastpunkt P gerichtet sind. Mit Hilfe der am Bildort P′ angeordneten Zielmarke 7;7′ oder eines fotoelektrischen lageempfindlichen Sensors 17 (Fig. 5) kann also ermittelt werden, ob die mit dem Abbildungssystem 8 ausgerüstete Einrichtung 5 fluchtend zum Antastpunkt P und dem Strahlengang des Projektionssystems 1 ausgerichtet ist oder nicht. Der Ausrichtzustand wird mit Hilfe des Beobachtungsstrahlenganges 15 angezeigt.As shown in Fig. 2 to illustrate the function of the device 5 , the line mark 3 is virtually projected from the thing space into the image space through the projection system on the probe plane E , in which the probe point P , z. B. the button 9 is. The imaging system 8 of the device 5 inserted into the beam path forms the line mark 3 in the real space between the main plane H ' and the focal point F' of the imaging system 8 in the plane E ' at the image location P' , with the distance a ' Plane E ' from the main plane H' a ' = and a are the distance of the probing plane E from the main plane H of the imaging system 8 . The touch point P lying on the optical axis 16 is in turn mapped on the optical axis 16 at the image location P ' . This applies to rays which are directed at the touch point P in the object space of the imaging system 8 . With the aid of the target mark 7 arranged at the image location P ' ; 7 ' or a photoelectric position-sensitive sensor 17 ( FIG. 5) can thus be determined whether the device 5 equipped with the imaging system 8 is aligned with the scanning point P and the beam path of the projection system 1 or not. The alignment state is displayed with the aid of the observation beam path 15 .

In Fig. 5 ist eine positionierbare Einrichtung dargestellt, in deren Gehäuse 6 neben dem Abbildungssystem 8 ein Filter 20 zur Fremdlichtunterdrückung und anstelle der Zielmarke ein lageempfindlicher fotoelektrischer Sensor 17 angeordnet sind. Auf diesem Sensor 17;17′ wird durch das Abbildungssystem 8 die Strichmarke 3;3′ abgebildet. Der Ausricht- oder Einstellzustand z. B. des Zentrierzylinders 13 zum zu vermessenden oder auszurichtenden Objekt 18 kann an einer mit dem Sensor 17 verbundenen Anzeigeeinheit 19 ermittelt werden. Dabei gestattet die Kombination Abbildungssystem 8 - fotoelektrischer Sensor 17 neben der fehlervermeidenden geometrischen Wirkung auch eine Optimierung der lichttechnischen Werte zur Anzeigeeinheit 19.In Fig. 5 a positionable means is shown in the housing 6 adjacent to the imaging system 8, a filter 20 are arranged for suppression of extraneous light, and in place of a target position sensitive photo-electric sensor 17. On this sensor 17 ; 17 ' is the line mark 3 by the imaging system 8 ; 3 ' shown. The alignment or setting state z. B. the centering cylinder 13 to the object to be measured or aligned 18 can be determined on a display unit 19 connected to the sensor 17 . The combination of the imaging system 8 and the photoelectric sensor 17 not only allows the geometric effect to prevent errors, but also optimizes the lighting values for the display unit 19 .

Bei der Einrichtung nach Fig. 6 ist ein verkürztes optisches System mit einem im bildseitigen Raum des Abbildungssystems 8 angeordneten Umlenkspiegel 21 vorhanden, der das Licht auf den Sensor 22 umlenkt. Es ist am Gehäuse 23 eine Vorrichtung 24 angeordnet, die den Sensor 22 in der Antastebene E z. B. nach der Kante einer anzuvisierenden Bohrung 25 eines Werkstückes 26 zentriert. Das Anvisieren der Zielmarke oder des Sensors 22 kann mit einem nicht dargestellten Zentriermikroskop erfolgen. In the device according to Fig. 6 a truncated optical system is provided with, disposed in the image side space of the imaging system 8 deflecting mirror 21 which deflects the light to the sensor 22. There is a device 24 arranged on the housing 23 , the sensor 22 in the probing plane E z. B. centered on the edge of a bore 25 to be targeted of a workpiece 26 . The target mark or the sensor 22 can be sighted with a centering microscope (not shown).

An das Gehäuse 23 kann auch ein am Bildort P′ angesetztes mehradriges Lichtleitkabel 27 (Fig. 7) zur Signalumleitung an gut sichtbare Orte vorgesehen werden.At the housing 23 , a multi-core light guide cable 27 ( FIG. 7) attached to the image location P ' can also be provided for signal diversion to clearly visible locations.

Anstelle eines Projektionssystems kann auch ein Fluchtungslaser vorgesehen werden, dessen Lichtstrahl auf eine entsprechend ausgebildete Zielmarke oder auf einen fotoelektrischen lageempfindlichen Sensor gerichtet wird.Instead of a projection system, an alignment laser can also be used be provided, the light beam on a corresponding trained target or on a photoelectric position sensitive sensor is directed.

Claims

1. An optically positionable device for buttons, workpieces and tools, which comprises a housing in which a target mark or a photoelectric receiver arrangement is arranged, and which can be attached in a laser or collimator beam path to the object to be measured or positioned, characterized in that
that an optical imaging system is arranged in the housing in the space between the target or receiver arrangement and the projection system or laser such that the plane in which the target or receiver arrangement lies is at a distance from the main image plane of the imaging system that is less than or equal to it focal length on the image side,
that furthermore optical elements are provided in the housing for generating an observation or scanning beam path, and that arrangements which are exchangeable on the housing, the probing location or the plane containing it on the measurement object or workpiece or which can be attached to the probing location or in its plane are arranged in the image-side space of the imaging system are.

2. Device according to claim 1, characterized in that the arrangements of the finger can be attached to the housing, Tools, centering cylinders and the like are.