DE7528698U

DE7528698U - Optische messeinrichtung zum positionieren oder ablesen der relativlage zweier objekte

Info

Publication number: DE7528698U
Application number: DE7528698U
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1975-09-11
Filing date: 1975-09-11
Publication date: 1976-10-14

Description

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DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 4. September 1975 -/'

Optische Meßeinrichtung
zum Positionieren oder Ablesen der Relativlage zweier Objekte

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.

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 Abstandsschwankungen zwischen der Abbildungsoptik und der Teilungsebene des Maßstabes Unscharfen in der Abbildung. Die Forderung nach hoher Abbildungsgute bedingt daher nicht nur eine hohe Qualität in der Optik, sondern auch eine hohe Präzision in der beteiligten Mechanik.

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 abstutzt. 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 Arbeitsabstand zwischen der Abbildungsoptik und dem Maßstab eine Reinigung dieser Baugruppen nur schwer möglich sein wird. Außerdem besteht die Gefahr, daß im rauhen Werkstattbetrieb der Maßstab eine Beschädigung erfährt.

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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) abstutzt. Die Anwendungsmöglichkeiten einer solchen Anordnung sind beschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Meßeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch hohe Genauigkeit, leichte 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 Werksrattbetrieb frei von jeglicher Verschmutzung bleiben. Durch die Erfindung soll auch der Anbau der optischen Meßeinrichtung an Maschinen wesentlich erleichtert werden.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe im wesentlichen durch die Kombination folgender zum Teil an sich bekannter Merkmale :

a) zur optischen Abbildung eines Teilungsausschnittes des Maßstabes auf einen ortsfesten Ableseindex ist eine stark vergrößernde, kurzbrennweitige Abbildungsoptik vorgesehen,

b) der ortsfeste Ableseindex an der Mattscheibe besteht aus einer die Intervalle des Maßstabes unterteilenden Feinskala,

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,

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e) durch den Mitnehmer hindurch ist der Beleuchtungsstrahlengang ins Innere des Hohlkörpers und der Abbildungsstrahlengang aus dem Hohlkörper auf die am Mitnehmer angebrachte Mattscheibe gefuhrt.

Weitere Merkmale der Erfindung finden sich in den UnteransprUchen.

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.a. wegen der Unabhängigkeit von Maschinenführungen,

6. keine Verschmutzung und Beschädigung der empfindlichen Baugruppen (Maßstab/Optikteile) möglich,

7. Möglichkeit zur Vollwerteinstellung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Figur 1 eine Seitenansicht der optischen Meßeinrichtung nach

der Erfindung,

Figur 2 eine Draufsicht auf Figur 1,

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Figur 2 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 Schnitt nach der Linie E-F der Figur 4,

Figur 6 einen Schnitt nach der Linie G-H der Figur 4,

Figur 7 vergrößert einen Ausschnitt aus dem Maßstab.

Im Ausführungsbeispiel ist mit der Positonsnummer 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.

Bei der am Maßstab 3 aufgebrachten Teilung T (siehe Figur 7) sind im Ausführungsbeispiel die "Zehntel-Intervalle" beziffert. Die Figur 2 zeigt ein Bild der benutzten Teilung T im Ablesefeld A des Gerätes 1. Die Ablesemöglichkeit in Zahlen beträgt demnach "0,1 mm", durch ortsfesten Feinrechen (Ableseindex J) an der Mattscheibe 18 "0,01 mm". Der Ablesewert im Ausfuhrungsbeispiel beträgt 220,35 mm. Am Hohlkörper 4 ist auch noch eine Grobteilung Tp vorgesehen, die an einem Index J- des Gerätes 1 abgelesen werden kann.

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 Objektivträger8 stützt sich Über reibungsarme Gleitschuhe 9 direkt auf der Teilungsfläche des Glasmaßstabes 3 ab. Dadurch ist sichergestellt, daß der durch die kurze Brennweite des

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Objektives 7 bedingte sehr geringe Arbeitsstand 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.

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
schwaitförmigen Querschnitt (Figur 6), In dem gegenüber dem Hohlkörper 4 vorspringenden Bereich ist der Mitnehmer 1 als Gehäuse 12 ausgebildet. Im Gehäuse ist die Beleuchtungseinrichtung 21, Umlenkspiegel 16 und 17, eine Mattscheibe 18, eine Ableselupe 19 (Figur 5) sowie die mechanischen Teile der Baugruppe 20 für die VoIIwerteinste!lung untergebracht. Die Beleuchtungseinrichtung 21 enthält eine Lampe 13 und einen Kondensor 14. Das die vorgenannten Teile aufnehmende Gehäuse 12 ist mittels eines Deckels 22 verschlossen.

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 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 29 über einen
Halter 30 (Figur 3) am Trägerkörper 8 für das Objektiv 7 angebracht.

Die mechanische 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 cm Mitnehmer 1 angebrachten Winkelhebel 26 angekoppelt ist. Der Mittelpunkt des Kugelgelenkes 32 bzw. 33 liegt in der Höhe der neutralen Faser des Maßstabes 3. Damit ist

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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.

Eine vorgespannte Feder 34, die zwischen dem Befestigungsschaft des Kugelgelenkes 33 und einer Bohrung im Verbindungsteil 31 eingebracht ist, bewirkt, daß der Objektivträger 8 sowohl gegen die Führungsfläche am Glasmaßstab 3 als auch ν gegen die Führungsfläche am Hohlkörper 4 gedrückt wird.

Die Baugruppe 20, die eine Vollwerteinstellung ermöglicht, enthält einen Winkelhebe! 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 Teilungsintervall, von dem bei der Messung ausgegangen werden soll, am Ableseindex J eingestellt ist.

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Claims

■ 1 I I I I I « I • I « DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 4. September 1975 Ansprüche

1.) 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, gekennzeichnet durch die Kombination folgender zum Teil an sich bekannter Merkmale :

a) zur optischen Abbildung eines Teilungsausschnittes (T) des Maßstabes (3) auf einen ortsfesten Ableseindex (J) ist eine stark vergrößernde, kurzbrennweitige Abbildungsoptik (7) vorgesehen,

b) der ortsfeste Ableseindex (J) an der Mattscheibe (18) besteht aus einer die Intervalle des Maßstabes (3) unterteilenden Feinskala,

c) die Abbildungsoptik (7) bzw. deren Trägerkörper (8) stutzt sich direkt am Maßstab (3) ab, so daß der Arbeitsabstand zwischen Abbildungsoptik (7) und Teilungsebene des Maßstabes (3) stets konstant ist,

d) der Trägerkörper (8) für die Abbildungsoptik (7) ist über eine spielfreie Kupplung (11) an einem Mitnehmer (1) angekoppelt, der aus einem den Maßstab (3) und die Abbildungsoptik (7) gegen Umwelteinflüsse abschirmenden Hohlkörper (4) herausragt,

e) durch den Mitnehmer (1) hindurch ist der Beleuchtungsstrahlengang ins Innere des Hohlkörpers (4) und der Abbildungsstrahlengang aus dem Hohlkörper (4) auf die am Mitnehmer (1) angebrachte Mattscheibe (18) gefuhrt.

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2,) Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßstab (3) ein Glasmaßstab ist, der in einem biegesteifen Hohlkörper (4) befestigt ist und daß an der Teilungsfläche des Glasmaßstabes (3) sowie an einer etwa rechtwinklig dazu liegenden Fläche des Hohlkörpers (4) der Trägerkörper (8) fur die Abbildungsoptik (7) geführt ist und daß ferner der Trägerkörper (8) über eine spielfreie Kupplung (11) an einem im Bereich des Hohlkörpers (4) schlanken/ vorzugsweise schwertförmig ausgebildeten Mitnehmer (1) angekoppelt ist, der zwischen biegsamen, dachförmig angeordneten Dichtlippen (5/6), die den Hohlkörper (⁴) verschließen, hindurchgeführt ist und daß ferner der Mitnehmer (1) in dem gegenüber dem Hohlkörper (4) vorspringenden Bereich so ausgebildet ist, daß er das Gehäuse (12) des Ablesegerätes verkörpert.

3.) Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (8) für die Abbildungsoptik (7) federnd gegen die Fuhrungsflächen am Glasmaßstab (3) und Hohlkörper (4) gedrückt wird und sich an der Führungsfläche des Glasmaßstabes (3) über Gleitschuhe (9), vorzugsweise aus Kunststoff, und an der Fuhrungsfläche des Hohlkörpers (4) zweckmäßig über Kugellager (10) abstützt.

4.) Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der biegesteife Hohlkörper (4) aus Metall, vorzugsweise Aluminium, besteht und daß der Glasmaßstab (3) im Hohlkörper (4) durch Kleben befestigt ist.

5.) Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (21) im Gehäuse (12) des Mitnehmers (1) vorgesehen ist und daß der Beleuchtungsstrahlengang durch einen Durchbruch (23) im Mitnehmer (1) ins Innere des Hohlkörpers (4) gefuhrt ist und

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im Hohlkörper (4) über Spiegel (27 und 28) umgelenkt ist, die an der der Abbildungsoptik (7) abgewandten Seite des Maßstabes (3) vorgesehen sind und von denen einer am schlanken Abschnitt des Mitnehmers (1) und der andere zusammen mit einem Kondensor (29) am Trägerkörper (8) für die Abbildungsoptik (7) angebracht ist und daß ferner der Abbildungsstrahlengang durch einen Durchbruch (24) im Mitnehmer (1) über einen Umlenkspiegel (16) auf eine im Gehäuse (12) angebrachte Mattscheibe (18) geführt ist.

6.) Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die spielfreie Kupplung (11) zwischen dem Trägerkörper (8) für die Abbildungsoptik (7) und dem Mitnehmer (1) eine gelenkartige Baugruppe (31/32/33) ist.

7.) Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (11) aus einem knicksteifen Verbindungsteil (31) besteht, das Über ein spielfreies Kugelgelenk (32) am Trägerkörper (8) fur die Abbildungsoptik (7) angekoppelt ist und über ein weiteres Kugelgelenk (33) am Mitnehmer (1) angekoppelt ist und daß der Kugelmittelpunkt der vorgenannten Gelenke (32/33) in Höhe der neutralen Faser des Maßstabes (3) liegt.

8.) Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vollwerteinstellung das gelenkartige Kupplungselement (11) geringfügig ausgelenkt wird und daß durch die Auslenkung des Kupplungselementes (11) eine Verstellung des Trägerkörpers (8) für die Abbildungsoptik (7) relativ zur Teilung des Glasmaßstabes (3) bewirkt wird.

9.) Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gelenk (32) der Kupplung (11) direkt an einem Winkelhebel (26) befestigt ist, der im Gehäuse (12) des Mitnehmers (1) drehbar gelagert und

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gegen die Wirkung einer Feder (37) mittels eines Betärigungselementes (36) geringfügig verstellbar ist.

10.) Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der in der Ebene des Ablesefeldes (A) liegenden Fläche des Hohlkörpers (4) eine Grobteilung (Tq) vorgesehen ist, die an einem Index (Jq) am Gehäuse (12) des Ablesegerätes ablesbar ist.

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