DE742113C

DE742113C - Optical workshop measuring and testing device for the contour shape of workpieces, especially of rotating bodies

Info

Publication number: DE742113C
Application number: DEH162569D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Walter Hesse
Original assignee: WALTER HESSE DR ING
Current assignee: WALTER HESSE DR ING
Priority date: 1940-06-25
Filing date: 1940-06-25
Publication date: 1943-11-22

Description

Optisches Werkstatt-Meß- und Prüfgerät für die Umrißform von Werkstücken, insbesondere von Rotationskörpern Die Erfindung bezieht sich auf optische Einrichtungen zum Messen der Umrißform von Werkstücken, insbesondere von Rotationskörpern größerer Ausdehnung, wie z. B. der Radsätze von Eisenbahnfahrzeugen, Walzenprofile, Drehkörper beliebiger Form und größerer # Länge.Optical workshop measuring and testing device for the outline shape of workpieces, in particular of bodies of revolution The invention relates to optical devices for measuring the outline shape of workpieces, especially of larger bodies of revolution Expansion, such as B. the wheelsets of railway vehicles, roller profiles, rotating bodies of any shape and greater # length.

Es ist bekannt, zum Zwecke der Messung und Prüfung ein Werkstück mit dem Bilde eines Fadenkreuzes, einer Meßskala oder, eimer Schablone auf optischem Wege zu vergleichen, indem auf die Sollform, die sich als Strchpaltte in einem Mikroskop oder Fernrohr befindet oder die als Zeichnung vorhanden ist, das Schattenbild des Werkstückes abgebildet wird. Ferner ist bekannt, zum Zwecke der Betrachtung das an den Prüfegenstand z. B. nach dem Lichtspaltverfahnen angelegte optische Bild einer Schablone oder eines Vergleincsgegenstandes gemeinsma mit dem Prügegenstand mittels Blldwurfs vergrößert sichtbar zu machen oder auf den Prüfgegenstand und die Sollform, optische Abbildungssysteme derart zu richten, daß das Werkstück und dessen Sollform gleichzeitig, cinander überlagernd, in einem gemeinsamen Bildfeld sichtbar sind. In vielen Fällen ist es nun gerforderlich, den gesamten Werkstückumirß mit einem Blick zu üblersehen. Blei größeren Werkstücken werden die bisher bekannten optischen Einrichtungen sehr umfangreinch und dementsprechend kostspielig. It is known to use a workpiece for the purpose of measuring and testing with the image of a crosshair, a measuring scale or a bucket of template on optical Ways to compare by clicking on the target shape, which turns out to be Strchpaltte in a microscope or telescope or which is available as a drawing, the silhouette of the Workpiece is mapped. It is also known for the purpose of viewing the to the test item z. B. after the Lichtspaltverfahnen applied optical image a template or a comparison object together with the test object to make them visible enlarged by means of images or on the test object and the target form to align optical imaging systems in such a way that the workpiece and its nominal shape at the same time, superimposed on one another, in a common image field are visible. In many cases it is now necessary to outline the entire workpiece to be overlooked at a glance. Larger workpieces are the ones known up to now optical facilities are very extensive and accordingly expensive.

Dlenn bei der optischen Umrißmessung ist es bekanntlich notwendig, daß das zu prüfende Werkstück in einen telezentrischen Strah1engang gebracht wird, was erfordert, daß ein Teil der Optik gleich oder größer als der gleichzeitig zu überblickende Teil des Werkstückes ist.Because with the optical contour measurement it is known to be necessary that the thing to be tested Workpiece in a telecentric beam path is brought, which requires that a part of the optics is equal to or greater than that is part of the workpiece to be surveyed at the same time.

Es ist nun bereits vorgeschlagen worden, Raumbilder als Meßmarken oder Profilschablonen auf optischem Wege an ein Werkstück zu Meßzwecken anzulegen. Hierbei ist zwischein einem Stereomikroskop und dem zu messenden oder zu prüfenden Objekt eine teil. weise spiegelnde Fläche angeordnet, die eine außerhalb des Stereomikroskops angeordnete Marke an dem Objektort zur gemeinsamen Beobachtung durch das Stereomikroskop abbildet. It has already been proposed to use spatial images as measurement marks or to create profile templates optically on a workpiece for measurement purposes. This is between a stereo microscope and the one to be measured or checked Object a part. wise reflective surface arranged, the one outside of the stereo microscope arranged mark at the object location for joint observation through the stereo microscope maps.

Die Messung wird hierbei dadurch ermöglicht, daß entweder das Stereomikroskop oder der Markenträger oder das Werkstück oder alle drei gegeneinander meßbar verschiebbar angeordnet sind, so, daß man das Markenraumbild in Berührung mit dem Werkstück bringen oder sogar in dieses eindrimgen lassen kann, ohne daß eine körperliche Berührung erfolgt, wobei das Meßergebnis auf der die Bewegung' messenden Einrichtung ablesbar ist. The measurement is made possible in that either the stereo microscope or the mark carrier or the workpiece or all three can be displaced in a measurable manner relative to one another are arranged so that the brand space image can be brought into contact with the workpiece or even allow it to be imprinted into it without physical contact takes place, the measurement result being readable on the device measuring the movement is.

Während bei dieser Meßeinrichtung mit Raumbil dmarke virtuelle optische Bilder (Spiegelbilder) zur Anwendung gelangen und infolge des begrenzten, nicht ohne weiteres zu erwieternden Gesichtsfeldes nur verhältmismäßig kleine Teile von Werkstücken überblickt werden können, verfolgt die Erfindung den Zweck, bei der Prüfung großer Werkstücke mittels Raumbildmarke auch ein großes, frei übersehbares Meßfeld in raumsparender Weise unter Anwendung reeller optischer Bilder zu erzielen. While in this measuring device with Raumbil dmarke virtual optical Images (mirror images) get used and as a result of the limited, not without further expandable field of view only relatively small parts of Workpieces can be surveyed, the invention pursues the purpose in which Examination of large workpieces by means of a spatial image mark also a large, freely overlookable one To achieve measuring field in a space-saving manner using real optical images.

Dieser Zweck wird dadurch erfüllt, daß erfindungsgemäß zur Mesug ein mittels Linsenrasterplatte erzeugtes ebenes oder räumlichtes Bild als optische Schablone dient. This purpose is achieved by the fact that according to the invention for measuring a flat or spatial image generated by means of a lenticular lens plate as an optical one Stencil is used.

Zur weiteren Ausbildung der Erfindung können die Raumbildschablone und das Werkstück entsprechen. meßbar zueinander bewegbar sein und kann ferner die Raumbildschablone selbst mit einer entsprechenden Meßskala versehen werden. To further develop the invention, the space image template and match the workpiece. be measurably movable to each other and can also Space image template itself can be provided with a corresponding measuring scale.

Die Herstellung der Raumbildschablone auf photographischem Wege geschieht nach den bekannten Verfahren der Linsenrasterphotographie und ist beispielsweise in nachstehend beschriebener. in Fig. 1 gezeigter Weise möglich. The production of the space image template is done by photographic means according to the known methods of lenticular photography and is for example in the following. in the manner shown in Fig. 1 possible.

Das Negativ I der benötigten Schablone, das entweder als Aufsichtsbild (Zeichnung) oder als Durchsichtsbild hergestellt sein kann, wird, entsprechend beleuchtet, in jener Entfernung 2 2 und an jener Stelle vor der Linsenrasterplatte 3 angeordnet, wo später die Raumbildschablone (Fig. 2) entrstehen soll. Bei der Aufnahme entwerfen die Linsen oder Linsensysteme 5 der Linslenrasterplatte 3 ebenso viele Einzelbilder oder Einzelbildausschnitte 6 auf der lichtempfindlichen Platte 7 als Linsen oder Linsensysteme vorhanden sind. Alle Linsen oder Linsensysteme haben gleiche Brennweite. Die entwickelt Platte 7 dient als Raumphotogramm 8 (Fig. 2). Dieses wird bei der Projektion in bekannter Weise nur für jene Linsenrasterplatte verwendet, mittels der es entstanden ist. The negative I of the required stencil, either as a reflective image (Drawing) or can be produced as a see-through image, is illuminated accordingly, arranged at that distance 2 2 and at that point in front of the lenticular lens plate 3, where the room image template (Fig. 2) is to be created later. Design at the shot the lenses or lens systems 5 of the lens grid plate 3 have the same number of individual images or individual image sections 6 on the photosensitive plate 7 as lenses or Lens systems are present. All lenses or lens systems have the same focal length. The developed plate 7 serves as a spatial photogram 8 (FIG. 2). This is the case with the Projection used in a known manner only for that lenticular panel, by means of who created it.

Der Raumbildwerfer 9 besteht in bekannter Weise aus der Linsenrasterplatte 3 und dem Raumphotograpmm 8, die durch das Gehäuse io miteinander fest verbunden sind. Das Raurmphotgramm befindet sich relativ zur Linsenrasterplatte 3 in üblicher Weise genau an derselben Stelle, an der es bei der Aufnahme entstanden ist. Es ist mit einer Opalscheibe 1 1 bedeckt, die durch eine Lichtquelle 12 beleuchtet wird. In der Bkockrichtung 13 ist die Raumbildschablone 4 frei schwebend im Raume als scharfes Bild mit freiem Auge sichtbar. Dler Durchmesser der Linsen 5 der Linsenrasterplatte 3 kann für den Sonderfall, daß eine ebene, in der Teilbildfläche liegende Schablone verwendet wird, beliebig groß gewählt werden. Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen als anwendungsbiepsiel eine Meßeinrichtung zur Bestimmung jenes größtmöglichen. Laufkreisdurchmessers 27 eines Eisenbabnfahrzeugradsatzes 33, der bei möglichst werkstoffsparendem Überdrehen des abgenutzten Umrisses noch erreichbar ist. The spatial image projector 9 consists in a known manner of the lenticular lens plate 3 and the Raumphotograpmm 8, which are firmly connected to one another by the housing io are. The Raurmphotgramm is relative to the lenticular plate 3 in the usual Way in exactly the same place where it was created when it was recorded. It is covered with an opal pane 1 1, which is illuminated by a light source 12. In the block direction 13, the space image template 4 is freely floating in space as sharp image visible to the naked eye. The diameter of the lenses 5 of the lenticular lens plate 3 can be used for the special case that a flat stencil lying in the partial image area is used, can be chosen as large as desired. 3, 4 and 5 show an application example a measuring device for determining the largest possible. Running circle diameter 27 a Eisenbabnfahrzeugradsatzes 33, which with the most material-saving overturning of the worn outline is still achievable.

Die beiden Raumbildwerfer 9 erzeugen je eine Raumbildschabione 4 frei schwebend über je einem Rechenumirß. Durch Drehen der Kurbel 14 können an sich beliebige Über. tragungselemente, wile beispielsweise Schnecke 15, Schneckenrad 16, Spindel 17, Kegelräder 18, 19, Gewindespindel 20 und Muttern 21, die beiden Raumbildwerfer 9 und dadurch die Raumbildschabionen 4-, nach Bedarf gehoben oder gesenkt werden. Zur Führung sind beispielsweise die Raumbildwerfer g mit Muttern 21 und Führungsleisten 22 versehen, welch letztere auf den senkrechten Bettprismen 23 laufen. Die beiden Raumbildschabionen 4 könnem entweder einzeln unmittelbar in Blickrichtung 24 oder gleichzeitig gemeinsam unter Zuhilfenahme von geneigten Spiegeln 30 durch den Rahmen 31 in Blickrichtung 32 betrachtet werden. Der Rahmen 3 1 entspricht der Pseudopupilie. Die Raumbildwerfer 9 müssen so lange bewegt werden. bis die Lichtspalte zwischen Reifenumriß 25 und Raulmbildschablonenumriß 26 (Fig. 6) gerade verschwinden. The two spatial image projectors 9 each generate a spatial image template 4 floating freely over a calculating outline. By turning the crank 14 you can any over. support elements, for example worm 15, worm wheel 16, spindle 17, bevel gears 18, 19, threaded spindle 20 and nuts 21, the two Space image projector 9 and thereby the space image templates 4, lifted or as required be lowered. For example, the space projector g with nuts are used for guidance 21 and guide rails 22 provided, the latter on the vertical bed prisms 23 run. The two spatial image templates 4 can either individually directly in Direction of view 24 or at the same time together with the aid of inclined mirrors 30 can be viewed through the frame 31 in the viewing direction 32. The frame 3 corresponds to 1 the pseudopupilia. The space projector 9 must be moved for so long. until the crack of light between tire outline 25 and roughness image template outline 26 (Fig. 6) just disappear.

An jeder abgenutzten Stelle tritt ein Lichtspalt auf. Durch gleichzeitige Drehung des Radsatzes um seine Achsa 34 (Fig. 4) während der Messung kann der ganze Räderumfang abgetastet werden. Der gesuchte Laufkreisdurchmesser 27 des Reifens 28 ist auf Maßstab 29 (Fig. 3) ablesbar. Die Lage der Radreifeninnenkante 35 (Fig. 6) kann am Maßstab 36 der Raumbildschablone 4 unmittelbar abgelesen werden.A gap of light appears at every worn point. By simultaneous Rotation of the wheel set about its axis 34 (Fig. 4) during the measurement can be the whole Wheel circumference are scanned. The running circle diameter you are looking for 27 of the tire 28 can be read on the scale 29 (FIG. 3). The position of the inner edge of the tire 35 (FIG. 6) can be read directly from the scale 36 of the spatial image template 4.

Wird also erfindungsgemäß die optische Schablone mit der bekannten Linsenraster-Photographien bzw. -Projektion, also unter Zuhifenahme einer Linsenrasterplatte oder einer Platte aus flächenhaft aneinandergereihten Objlektiven, erezugt, so besteht der hierdurch erzielte technische Fortschritt vor allem in der Raumersparnis, ferner in der Vereinfachung der optischen Mittel zur Herstellung loptischler Schablonen für Werkstücke größerer Ausdehnung und in der Möglichkeit, einer so erzeugten Schablone auch räumliche Tiefe zu verleihen. So according to the invention, the optical template with the known Lens grid photographs or projection, i.e. with the aid of a lens grid plate or a plate of two-dimensionally lined up lenses, erected, so consists the technical progress achieved in this way, especially in terms of saving space, furthermore in the simplification of the optical means for making loptic stencils for workpieces of larger dimensions and with the option of a template created in this way also to give spatial depth.

Soll beispielsweise für lein Werkstück größerer Ausdehnung, etwa für leinen Rotationskörper größerer Länge, wie profilierte Walzen u. dgl., eine entsprechend große Schablone, frei schwebend über dem Werkstück derart erzeugt werden, daß sie in telezentrischem Strahlengang betrachtet werden kann, so wäne dies mittels eines einzehen Objektivs oder einer einzelnen Linse nach bekannten Verfahren zwar ebenfalls möglich. Die Größe dieser Linse müßte aber mindestens gleich der größten Abmessung des zu überprüfenden Werkstückumirsses gewählt werden. Bei Anwendung des Erfindungsgendankesn entspricht diese größte Abmessung der Größe der Linsenplatte. Vergleicht man nun die Linsenplatte mit einer ihr gleichwertigen großen Linse, so miißte, wenn die optische Qualität der erzeugten Schablone in beiden Fällen gleich sein soll, das Öffnungsverhältnis der großen Lise dem Öffnungsverhältis der kleinen Einzellinsen der Linsenplatte gleich sein, falls in beiden Fällen Linsen gleicher Korrektur Verwendung finden. Hieraus ergibt sich für dic große Linse auch cine bedeutend grö ßere Brennweite und eine dementsprechend größere Bild und Gegenstandsweite, also ein großer Raumbedarf. Wenn dagegen statt einer großen Linse leine Linsenrasterplatte aus vielen kleinen Linsen gleichen Öffnungsven hälteisses verwendet wird, so verkürzen sich die für die Bemessung der optischen Gesamteinerchtung maßgebenden Gräßen im Verhält nis der Brennweiten, so daß eine ganz bedeuteunde Raumersparnis erzielt wird. Es kann daher durch Wahl einer entsprechend großen Linsenrasterplatte eine große optische Schablone erzeugt werden, die es ermöglicht, auch mit freiem Auge weit ausgedehcnte oder mehrere Meßstellen gleichzeitig zu überblicken, wobei mit Vorteil die bekannte Lichtspaltmethode angewendet wird. Should, for example, be used for a larger workpiece, for example For linen bodies of revolution of greater length, such as profiled rollers and the like, one correspondingly large template, freely floating above the workpiece, can be created in such a way that that it can be viewed in a telecentric beam path, this would be done by means of a single lens or a single lens according to known methods also possible. The size of this lens should be at least equal to the largest Dimension of the workpiece circumference to be checked can be selected. When using the According to the invention, this largest dimension corresponds to the size of the lens plate. If one compares the lens plate with a large lens of equal value, so missed if the optical quality of the stencil produced was the same in both cases should be, the opening ratio of the large Lise to the opening ratio of the small one Individual lenses of the lens plate must be the same if the lenses are the same in both cases Correction find use. This results in cine also being significant for the large lens larger focal length and a correspondingly larger image and object distance, so a large space requirement. If, on the other hand, a lenticular lenticular plate instead of a large lens from many small lenses the same opening valve is used, so shorten it the dimensions decisive for the dimensioning of the overall optical arrangement are in Ratio of the focal lengths, so that a very significant space saving is achieved will. It can therefore by choosing a correspondingly large lenticular lens plate large optical stencil can be generated, which allows it to be seen even with the naked eye to survey extensive or several measuring points at the same time, with Advantage the known light gap method is used.

Die optische Wirkung der Linsenplatte in der erfindungsgemäßen Anwendung entspricht hinsichtlich des Öffnungsverhältnisses der eines korrigierten Objektives, dess'en Brennweite gleich der der Einzellinsen und dessen Offnung gleich ist der Größtamessung der Linsenplatte. Da num beliebig viele Einzellinsen aneinandergeneiht werden können, läßt sich so ein Gesamtsystem sehr großer Öffnung von optischer Qualität der Einzellinse herstellen. Es kann daher ein großes, korrigiertes und dementsprechend kostspieliges Objektiv großer Öffnung zum Zwecke der Erzugung optischer schablonen unter Umstöänden durch eine billige, aus einfachten Linse bestehende Linsenrasterplatte ersetzt werden, da die Einzellinsen bei gleichem Raumbedarf mit einem viel kleineren Öffnungsverhältins ausgeführt werden können als das große Objektiv. The optical effect of the lens plate in the application according to the invention corresponds to that of a corrected lens in terms of aperture ratio, whose focal length is the same as that of the individual lenses and whose aperture is the same Largest measurement of the lens plate. Since num any number of individual lenses strung together can be, so an overall system with a very large aperture of optical quality of the single lens. It can therefore be a large, corrected and accordingly Expensive lens with a large aperture for the purpose of making optical stencils under certain circumstances by a cheap, simple lens existing lenticular grid be replaced, since the individual lenses with the same space requirement with a much smaller one Focal ratios can be designed as the large lens.

Eilen weiteren Fortschritt bedeutet fierner die infolge Verwendung der Linsenrasterplatte gegebene Möglichkeit, der optischem Schablone auch eine Tiefenausdehung zu verleihen. Beispielsweise kann sie als Raum. kurve, räumliches Koordinatensystem, im Raum stehender Maßstab beliebiger Form o. dgl. ausgebildet sein, so daß sich u. a. räumlich gekrümmte Kanten von Werkstücken durch Anlegen einer solchen räumlichen Schablone überprüfen bzw. messen lssen. Damit der bei Erzeugung von Raum bildern mittels Linsenrasterplatten auftretende parallaktische Bildzerfall möglichst vermieden wird, können in bekannter Weise statt parallaktisch verschiedener Einzelbilder auch körperliche Einzelbilder zur Erzeugung der optischen Schablone dinene bzw. die Form der Oberfläche der Einzeblildchen derart gestalet sein, daß sich lein in allen Teilen scharfes, als räumliche Schablone brauchbares Raumbild ergibt. Rapid further progress means further progress as a result of use the lenticular plate given the possibility, the optical template also a depth extension to rent. For example, it can be used as a room. curve, spatial coordinate system, Any shape or the like standing in space. Be designed so that i.a. spatially curved edges of workpieces by creating such a spatial Check template or have it measured. So that the images when creating space parallactic image disintegration occurring by means of lenticular plates is avoided as far as possible can, instead of parallactically different individual images in a known manner physical individual images to create the optical template dinene or the form the surface of the single flowers be designed in such a way that there is no part in them results in a sharp spatial image that can be used as a spatial template.

Die Herstellung auch komplizierter ebener Umrißschablonen ist in einfachster und genauer Weise auf phogoraphischem Wege möglcih wenn ein und dieselbe Linsenplatte zur Aufnahme und Wiedergabe der Schablonen dient, welcher Umkehrvorgang auch bei der Linsenrasterphogotaphie zur Selbskorrektur der Fechler des Linstenrasters bekannt ist. The production of even complicated flat outline templates is in the simplest and most precise way possible by photographic means if one and the same Lens plate is used to hold and reproduce the templates, which reversal process also with the lens raster phogotaphy for self-correction of the Fechler of the Linsten raster is known.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Optical workshop measuring and testing device for Outline shape of workpiece ken, in particular of rotating bodies. where the optical A spatial image of a template is applied to the object to be measured, characterized in that that for the measurement a plane or three-dimensional image generated by means of a lens plate as optical template is used.

2. Measuring device according to claim I, characterized in that the Raumbildschabi'one and the workpiece are correspondingly measurable relative to each other.

3. Measuring device according to claim I, characterized in that the Space image template itself is provided with a corresponding measuring scale.

To distinguish the subject of the application from the state of the art are the following publications have been considered in the granting procedure: German Patent No. 385 ggo, 614088; List of Proj. H. 7I79 from December 1939 on profile profjectors of the company Ernst Leitz G. m. b. H. in Wetzlar. P. 11.