DE7521395U

DE7521395U - Optical measuring device

Info

Publication number: DE7521395U
Application number: DE7521395U
Authority: DE
Original assignee: HEIDENHAIN J GmbH
Current assignee: HEIDENHAIN J GmbH
Publication date: 1975-12-18

Description

I)H. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH "■':'.[' . ":. ' 3. .Juli 10'ΛI) H. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH "■ ':'. [' .":. '3rd July 10'Λ

Optische MeßeinrichtungOptical measuring device

Die Erfindung betrifft eine optische Meßeinrichtung zum Positionieren oder Ablesen der Relativlage zweier Objekte, bestehend aus einein Maßstab, einer Beleuchtungseinrichtung und einer Abbildungsoptik, mittels der ein Teilungsausschnitt des Maßstabes optisch vergrößert auf eine Mattscheibe abgebildet wird.The invention relates to an optical measuring device for positioning or reading the relative position of two objects, consisting of a scale, a lighting device and an imaging optics, by means of which a dividing section of the scale is shown optically enlarged on a ground glass.

Bei derartigen optischen Meßeinrichtungen wird vielfach die Verwendung stark vergrößernder, kurzbrennweitiger Abbildungs— optiken angestrebt. Die Verwendung derartiger Abbildungs— optiken ist aber problematisch. Wegen deren geringer Schärfentiefe bewirken nämlich bereits geringe Abstandsschwankungen zwischen der Abbildungsoptik und der Teilungsebene des Maßstabes Unscharfen 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, the use of highly magnifying, short-focal length imaging is often striving for optics. The use of 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 dividing plane of the scale Blurred in the picture. The requirement for high image quality therefore not only requires a high one Quality in 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 Meßeinrichtung ist anzusehen, daß durch den geringen Arbeite— abstand zwischen der Abbildungsoptik und dem Meßstab eineFrom CH-PS 398 098 it is an optical measuring device already known that the imaging optics or their support body via sliding shoes directly on the Dividing surface of the scale is supported. This measure ensures that the working distance between the imaging optics and the division area of the scale always remains constant. As a disadvantage of this optical measuring device it can be seen that due to the small working distance between the imaging optics and the measuring stick a

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keinigung diesel· Baugruppen nur schwer möglich sein wird. Außerdem besteht die Gefahr, daß im rauhen Werkstattbe— trieb der Maßstab eine Beschädigung erfährt.no diesel · assemblies will be difficult to achieve. In addition, there is a risk that the scale will be damaged in rough workshop operation.

Aus der DT—OS 2 259 604 ist ferner eine Anordnung bekannt geworden, bei der sich zur Stabilisierung des Arbeitsab— Standes eine an Blattfedern aufgehängte Abbildungsoptik über ein Luftlager auf einem beweglichen Bauteil (Bildplatte) abstützt. Die Anwendungsmöglichkeiten einer solchen Anordnung sind beschränkt.An arrangement is also known from DT-OS 2 259 604 become, in which an imaging optics suspended on leaf springs to stabilize the working distance supported by an air bearing on a movable component (image plate). The possible uses of such Arrangement are restricted.

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. 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.The object of the invention is to create an optical measuring device of the type mentioned, which is characterized by high accuracy, easy handling, but especially characterized by a simple and compact design. Another object of the invention is to achieve that the scale and the optical components of the Measuring device remains free of any contamination even in rough workshop operation. The invention aims to the mounting of the optical measuring device on machines can also be made much easier.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe im wesentlichen durch die Kombination folgender zum Teil an sich bekannter Merkmale:The invention essentially solves the problem posed by the combination of the following, some of which are known per se Characteristics:

a) die Teilung des .Maßstabes weist zwischen bezifferten Teilungsintervallen noch unbezifferte Feinteilungen auf,a) the division of the scale points between numbered Subdivision intervals still unquantified fine subdivisions,

b) die optische Abbildung eines Teilungsausschnitt.es des Maßstabes auf einen ortsfesten Ableseindex wirdb) the optical image of a Teilungsausschnitt.es of the scale on a fixed reading index

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mittels einer stark vergrößernden, kurzbrenn— weitigen Abbildungsoptik bewirkt,effected by means of a strongly magnifying, short-focal length imaging optics,

c) die Abbildungsoptik bzw. deren Trägerkörper stützt sich direkt am Maßstab ab, so daß der Arbeitsab— stand zwischen Abbildungsoptik und Teilungsebene des Maßstabes stets konstant ist,c) the imaging optics or their support body is supported directly on the scale, so that the working image the position between the imaging optics and the division plane of the scale is always constant,

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,d) the support body for the imaging optics is coupled to a driver via a backlash-free coupling, the one from the scale and the imaging optics protruding hollow body shielding against environmental influences,

e) durch den Mitnehmer hindurch ist der Beleuchtungsstrahlengang ins Innere des Hohlkörpers und der Abbildungsstrahlengang aus dem Hohlkörper auf die am Mitnehmer angebrachte Mattscheibe geführt.e) through the driver is the illumination beam path into the interior of the hollow body and the The imaging beam path is guided from the hollow body onto the focusing screen attached to the driver.

Weitere Merkmale der Erfindung finden sich in den Unter— ansprüchen. %Further features of the invention can be found in the sub- claims. %

Die optische Meßeinrichtung nach der Erfindung bietet folgende wesentliche Vorteile:The optical measuring device according to the invention offers the following essential advantages:

1. Hohe Genauigkeit bei kleiner kompakter Bauform,1. High accuracy with a small, compact design,

2. besonders leichte Handhabung, da der Meßwert ohne Verstellung irgendwelcher Bauteile sofort ablesbar ist,2. Particularly easy handling, as the measured value can be read immediately without adjusting any components is,

3. konstruktiv einfacher Aufbau und somit kostengünstige Herstellung möglich,3. structurally simple structure and thus inexpensive Production possible,

4. unkomplizierte Montage der Meßeinrichtung an der Maschine, da die Meßeinrichtung im fertig justierten Zustand angeliefert wird,4. uncomplicated assembly of the measuring device on the Machine, as the measuring device is delivered in a fully adjusted state,

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5. vielseitige Anwendbarkeit, u.a. wegen der Unabhängigkeit von Maschinenführungen,5. Versatile applicability, partly because of the independence of machine guides,

6. keine Verschmutzung und Beschädigung der empfindlichen Baugruppen (Maßstab/Optikteile) möglich,6. No pollution and damage to the delicate Assemblies (scale / optical parts) possible,

7. Möglichkeit zur Vollwerteinstellung.7. Possibility of full value adjustment.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.In the drawing is an embodiment of the invention shown.

Es zeigtIt shows

Figur 1 eine Seitenansicht der optischen Meßeinrichtung nach der Erfindung,Figure 1 is a side view of the optical measuring device according to the invention,

Figur 2 eine Draufsicht auf Figur 1,Figure 2 is a plan view of Figure 1,

Figur 3 einen Schnitt nach der Linie A-B der Figur 2,Figure 3 is a section along the line A-B of Figure 2,

Figur M- einen Schnitt nach der Linie C-D der Figur 1,Figure M- a section along the line CD of Figure 1,

Figur 5 einen Schnitt nach der Linie E-F der Figur 4·,Figure 5 is a section along the line E-F of Figure 4,

Figur 6 einen Schnitt nach der Linie G-H der Figur M-. Figure 6 shows a section along the line GH of Figure M-.

Im Ausführungsbeispiel ist mit der Positionsnummer das Ablesegerät und mit 2 die den Maßstab 3 tragende Baueinheit bezeichnet. Das Ablesegerät 1 und die Baueinheit 2 sind an einem Maschinenbett bzw. Maschinen— schütten befestigt. Die Baueinheit 2 besteht zweckmäßig aus einem stranggezogenen Aluminium-flohlkörper M- und einem Glasmaßstab 3, der im Hohlkörper M- durch Kleben befestigt ist. Der biegesteife Hohlkörper 4 istIn the exemplary embodiment, the position number denotes the reading device and 2 denotes the structural unit carrying the scale 3. The reading device 1 and the structural unit 2 are attached to a machine bed or machine chute. The structural unit 2 expediently consists of an extruded aluminum fluted body M- and a glass rule 3, which is fixed in the hollow body M- by gluing. The rigid hollow body 4 is

CLCL

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mittels biegsamer, dachförmig angeordneter Dichtlippen 5/6 verschlossen.closed by means of flexible, roof-shaped sealing lips 5/6.

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 "tenths of an interval" 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 therefore "0.1 mm", with unquantified numbers Graduation marks "0.01 mm". The reading at index J is exactly 220.2 mm.

Am Hohlkörper 4 ist auch noch eine Grobteilung To vorgesehen, die an einem Index Jq das Gerätes 1 abgelesen werden kann.A rough graduation To is also provided on the hollow body 4, which can be read from device 1 at an index Jq can.

Die Abbildung eines Teilungsausschnittes 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). Der Objektivträger 8 stützt sich über reibungsarme Gleitschuhe 9 direkt auf der Teilungsfläche des Glasmaßstabes ab. Dadurch ist sichergestellt, daß der durch die kurze Brennweite des Objektives 7 bedingte sehr geringe Arbeite— abstand 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 si^h dieser am Hohlkörper 4· abstützt.The imaging of a graduated section 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). The lens carrier 8 is supported by low-friction sliding shoes 9 directly on the dividing surface of the glass scale away. This ensures that the very little work caused by the short focal length of the lens 7 distance between the lens 7 and the dividing surface of the scale 3 is always constant. On the carrier body 8 are rollers (ball bearings) 10 are also provided, via which it is supported on the hollow body 4.

Der Trägerkörper 8 ist über eine insgesamt mi ο 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 vor—The carrier body 8 is designated over a total of mi ο 11 Backlash-free coupling (Figure 4-) coupled to the component 1 designed as a driver. The driver 1 penetrates the sealing lips 5/6 and has in this section a sword-shaped cross-section (Figure 6). In the front opposite the hollow body 4

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springenden Bereich ist der Mitnehmer 1 als Gahäuse 12 ausgebildet..Im Gehäuse 12 ist die Beleuchtungseinrichtung 21, Umlenkspiegel 16 u. T/, eine Mattscheibe 18, e.ine Ableselupe 19 (Figur 5) sowie die mechanischen Teile der Baugruppe 20 für die Vollwerteinstellung untergebracht. Die Beleuchtungeeinrichtung 21 enthält eine Lampe 13 und einen Kondensor 14. Das die vorgenannten Teile aufnehmende Gehäuse 12 ist mittels eines Deckels 22 verschlossen.The jumping area is the driver 1 as a gear housing 12 In the housing 12 is the lighting device 21, deflection mirror 16 and T /, a ground glass 18, e.a reading magnifier 19 (Figure 5) and the mechanical Parts of the assembly 20 housed for the full value setting. The lighting device 21 includes a Lamp 13 and a condenser 14. That the aforementioned Housing 12 which accommodates parts is closed by means of a cover 22.

Im Gehäuse 12 befindet sich ein Durchbruch 23 für den Beleuchtungsstrahlengang, ein Durchbruch 24 für den Abbildungsstrahlengang und ein Durchbruch 25 für den Winkelhebel 26 der Baugruppe 20. Der Beleuchtungs— strahlengang 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 29 über einen Halter 30 (Figur 3) em Trägerkb'rper 8 für das Oojektiv 7 angebracht. In the housing 12 there is an opening 23 for the illumination beam path, an opening 24 for the Imaging beam path and a breakthrough 25 for the Angle lever 26 of assembly 20. The illumination beam path is on the back of the scale 3 above Mirror 27 and 28 deflected. The mirror 27 is attached to the sword-shaped section via a holder (not shown) of the housing 12 attached. The mirror 28 is together with a condenser 29 via a holder 30 (FIG. 3) attached to the carrier body 8 for the objective 7.

Die Kupplung 11 zwischen Objektivträger 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 Faser 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 Deformationen des Maßstabes 3 hervorgerufene Fehler kompensiert. The coupling 11 between the lens carrier 8 and driver 1 consists of a flat connecting part 31 »the over a backlash-free ball joint 32 on the lens mount 8 and via a further ball joint 33 on one on the driver 1 attached angle lever 26 is coupled. The center of the ball joint 32 or 33 is at the level of the neutral fiber of the scale 3 · This ensures that the lens mount 8 on the sword-shaped section of the Driver 1 is coupled at the level of the neutral fiber of the scale 3. This coupling causes deformations of the scale 3 caused errors compensated.

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Eine vorgespannte Feder 34-, die zwischen dem Befestigungsschaft des Kugelgelenkes 33 und einer Bohrung im Ver— bindungsteil 31 eingebracht ist, bewirkt, daß der Objektivträger 8 sowohl gegen die Führungsfläche am Glasmaßstab 3 als auch gegen die Führungsfläche am Hohlkörper 4- gedrückt wird.A pretensioned spring 34, which between the fastening shaft of the ball joint 33 and a hole in the ver- binding part 31 is introduced, causes the lens carrier 8 pressed against both the guide surface on the glass scale 3 and against the guide surface on the hollow body 4- will.

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 Objektivträger 8 relativ zur Teilung des Maßstabes 3 geringfügig verschoben, und zwar soweit, bis ein beziffertes Teilungs— interval!, von dem bei der Messung ausgegangen werden soll, am Ableseindex J eingestellt ist.The assembly 20, which enables a full value setting, contains an angle lever 26 and an actuating screw 36 as well as a spring 37 · The angle lever 26 on which the ball joint 33 is attached, is mounted pivotably on the driver 1 via a rotation axis 35. The adjustment of the Angle lever 26 takes place 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 slightly shifted relative to the division of the scale 3, until a numbered division— interval !, which is to be used as the starting point for the measurement, is set at reading index J.

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Claims

Expectations

1.) Optical measuring device for positioning or reading the relative position two objects, consisting of a scale, a lighting device and an imaging lens, by means of which a division of the Scale is shown optically enlarged on a focusing screen, marked by combining the following features, some of which are known per se:

a) for the optical imaging of a graduation section (T) of the Scale (3) on a fixed reading index (J) is a strongly magnifying, short focal length imaging lens (7) intended,

b) the imaging optics (7) or its support body (8) trims directly on the scale (3), so that the working distance between the imaging optics (7) and the division plane of the scale (3) is always constant,

c) the support body (8) for the imaging optics (7) is via a Backlash-free coupling (11) coupled to a driver (l), which consists of a scale (3) and the imaging optics (7) the hollow body (4) shielding against environmental influences protrudes,

d) the illuminating beam path is through the picker (1) into the interior of the hollow body (4) and the imaging beam path out of the hollow body (4) onto the ground glass (18) attached to the driver (1).

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2.) Optical Messeinrichi-jng according to claim 1, characterized in that the scale (3) is a glass measuring slab which is fixed in a rigid hollow body (4) and that ai the pitch equality of the glass scale (3) and at an approximately right angle thereto lying surface of the hollow body :. (4) the support body (8) for the imaging optics (7) is guided and that the support body (8) is also coupled via a backlash-free coupling (11) to a driver (1), which is slim, preferably sword-shaped, in the area of the hollow body (4) is, which is guided through between flexible, roof-shaped sealing lips (5/6) which close the hollow body (4) and that furthermore the driver (1) in the area protruding from the hollow body (4) is designed so that it embodies the housing (12) of the reading device.

3.) Optical measuring device according to claim 1 and 2, characterized in that that the support body (8) for the imaging (7) resiliently against the Guide surfaces on the glass scale (3) and hollow body (4) is pressed and on the guide surface of the glass scale (3) over slide shoes (9), preferably made of plastic, and supported on the guide surface of the hollow body (4) expediently via ball bearings (10).

4.) Optical measuring device according to claim 1 to 3, characterized in that that the flexible hollow body (4) is made of metal, preferably aluminum, and that the glass scale (3) is fixed in the hollow body (4) by gluing is.

5.) Optical measuring device according to claim 2 to 4, characterized in that that the lighting device (21) in the housing (12) of the driver (1)

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is provided and that the illumination beam path through an opening (23) is guided in the driver (1) into the interior of the hollow body (4) and is deflected in the hollow body (4) via mirrors (27 and 28) which are attached to the the imaging optics (7) facing away from the side of the scale (3) is provided are and of which one on the slim section of the driver (1) and the other is attached together with a condenser (29) on the support body (9) for the imaging optics (7) and that furthermore the imaging beam path through an opening (24) in the driver (1) via a deflection mirror (16) on a ground glass (18) mounted in the housing (12) is.

6.) Optical measuring device according to claim 1 to 5, characterized in that that the backlash-free coupling (11) between the carrier body (8) rUr the Imaging optics (7) and the driver (1) a joint-like assembly (31/32/33) is.

7.) Optical measuring device according to claim 6, characterized in that the coupling (11) consists of a rigid connecting part (31), dcüber a backlash-free ball joint (32) is coupled to the support body (8) for the imaging optics (7) and via a further ball joint (33) to the Driver (1) is coupled and that the center of the ball of the aforementioned joints (32/33) at the level of the neutral fiber of the scale (3) lies.

8.) Optical measuring device according to claim 1 to 7, characterized in that that for full value adjustment the joint-like coupling element (11)

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is slightly deflected and that the deflection of the coupling element (11) causes an adjustment of the support body (8) for the imaging optics (7) relative to the division of the glass scale (3).

9.) Optical measuring device according to claim 8, characterized in that a joint (32) of the coupling (11) is attached directly to an angle lever (26) is rotatably mounted in the housing (12) of the driver (1) and counteracts the action of a spring (37) by means of an actuating element (36) is slightly adjustable.

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