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Vorrichtung zum Einstellen und Messen großer Längen Die Erfindung
richtet sich auf eine Vorrichtung zum Einstellen und Messen großer Längen mit Hilfe
eines weitabständigen und eines feingeteilten Maßstabes sovie auf ein Verfahren
zur Justierung derselben.
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Das Problem der Einstellung und Messung großer Längen ist zu einem
bedeutenden Teil ein Problem der Erzeugung der hierfür erforderlichen N Maßstäbe.
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Alaun verwendet zwar Maßstäbe großer Längen, bei spielsweise als auf
Metallschienen aufgerissene Strichmaßstäbe, jedoch kommt man bei diesen Maßstäben
über eine bestimmte Genauigkeit nicht hinaus. Die Ursache liegt darin, daß die NIöglichkeit,
eine Vielzahl von gleichabständigen zueinander parallelen Rissen zu erzeugen, aus
mechanischen Gründen begrenzt ist. Da man andererseits kurze Maßstäbe hinreichend
genau herzustellen in der Lage ist, wurde bereits früher vorgeschlagen, die Felinmessung
durch das Aufeinanderprojizieren einer langen Skala mi.t weitabständigen Rissen
und einer kurzen Skala, die die weiten Intervalle der ersten Skala unterteilt, durchzuführen,
ähnlich wie dies be.i einem Mikroskop mit Okularmeßstrichplatte geschieht. Diese
vorgeschlagene Vorrichtung ist zur Messung der Gesamtlänge eines Werkstückes geeignet,
während man mit ihr kontinuierliche Messungen längs der gesamten Ausldehnu,ng des
Werkstückes, wie diese z. B. beim Ausmessen der Steigung von Gewindespindeln erforderlich
sind, nicht durchführen kann.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden. Zum
Einstellen und Messen großer
Längen mit Hilfe eines weitabständigen
und eines feingeteilten Maßstabes sclilägt die Erfindung den Aufbau der Vorrichtung
aus. drei Systemen vor: System 1 trägt starr verbunden das Werkstück und den weitabständigen
Maßstab, deren Meßebenen parallel zueinander liegen.
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System 2 trägt starr verbunden den feingeteilten Maßstab, der parallel
zu den Meßebene des weitabiständigen Maßstabes und des Werkstückes angeordnet ist,
sowie die Einrichtung zum Anvi.sieren des weitabständigen Maßstabes.
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System 3 trägt starr verbunden die Einrichtung zum Anvisieren des
feingeteilten Maßstabes und die Einrichtung zum Anvisieren der Meßstelle auf dem
Werkstück.
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Dementsprechend besteht die Erfindung darin, daß die Vorrichtung
aus drei jeweils starr verbundenen Systemen besteht, von denen das erste das zu
messende oder einzustellende Werkstück und den wei¢abständigen Maß.stab bei parallelen
Meßflächen, das zweite den parallel zu diesen Meßebenen angeordneten feingeteilten
Maß.stab nnd die Einrichtung zum Anvisieren des weitabständigen Maßstabes und die
dritte d.ie Eifnrichtung zum Anvisieren des feingeteilten Maßstabes und die Einrichtung
zum Anvisieren der Meßstelle auf dem Werkstück trägt und bei der das zweite System
parallel zu den Meßebene von Werkstuck und Maßstäben gegen das dritte oder umgekehrt
verschoben werden kann und bei dem ferner das aus dem zweiten und dem dritten System
bestehende System parallel zu den Meßflächen des Werkstückes und der Maßstäbe gegenüber
dem ersten System oder umgekehrt verschoben werden kann.
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Gemäß der Erfindung- sind die obengenannten Systeme 2 und 3 in einem
Gesamtsystem derart vereinigt, daß entweder das System 3 im Gesamtsy.stem festliegt,
während das System 2 parallel zu den Meßebenen des weitab ständigen Maßstabes und
des Werkstückes bewegt wird oder umgekehrt.
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Weiterhin wird das Gesamtsystem parallel zu den Meßebene des weitabständigen
Maßstabes und des Werkstückes bewegt, während das System I feststeht oder umgekehrt.
Mit dieser Anordnung verbindet m.an vorteilhaft optische Systeme zum Ausgleich von
Ablesefehlern, die durch Ungenauigkeiten der Führungsbahnen entstehen. Im Sinne
der Erfindung ist es möglich, das Werkstück mit seiner Anvisiervorrichtung zu vertauschen
derart, daß das Werkstück mit dem System 3 starr verbunden ist, während die Anvisiervorrichtung
für das Werkstück mit dem System I starr verbunden ist.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise
dargestellt, und zwar zeigt Fig. I eine Leitspindelmeßvorrichtung mit Meßmutter
in schematischer Darstellung, Fi 2 die auf dem weitabständigen Maßstab verstellbare
Strichplatte Fig. 3 einen Schnitt in Richtung 1-1 der Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt
in Richtung II-II der Fig. 2, Fig. 5 die Anwendung der Meß- und Einstellvorrichtung
an einer Bohrmaschine.
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Eine erfindung.sgeimäße Anordnung soll an Hand einer Leitspindelmeßvorrichtung
mit Meßmutter gemäß Fig. I beschrieben werden. Bei dieser Vorrichtung sind der weitabständige
Maßstab I, das aus Platzgründen zu nahe gezeichnete Prisma 2 zur Erzielung des optischen
Ausgleichs der Ablesefehler infolge von Führungsungenauigkeiten, das Rolllineal
3 zur Vermeidung von Drehungen des bewegten Systems um die Leitspindelachse starr
im Bett der Vorrichtung befestigt, ebenso wie die zu messende Leitspindel 4, die
zwar um ihre Achse drehbar, sonst aber in ihrer Lage im Bett der Vorrichtung unverrückbar
festliegt. Die Achse der Leitspindel 4 liegt parallel zur Meßebene des weitabständigen
Maßstabes I sowie des Rollineals 3.
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Der Maßstab I besteht aus mit je einer Strichmarke versehenen Glasplatten
51, 52, 53 und 54 u.sw., die je in einer Führung parallel zur Meßebene des Maßstabes
I genau justiert werden können.
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Die Meßmutter 6 ist durch die beiden Haltearme 7 und 8 starr mit
dem Körper g verbunden, an dem die Rolle 10 zur Vermeidung von Drehungen um die
Achse der Leitspindel bei ihrer Verdrehung befestigt ist.
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In dem Körper g wird mit Hilfe des Triebes II auf der fest mit dem
Körper g verbundenen Schlittenführung 12 der feingeteilte Glasmaßstab I3 parallel
zur Meßebene des Maßstabes I bewegt, derart, daß die Gesamtbewegung des feingeteilten
Maßstabes I3 gleich oder wenig größer als der Abstand zweier Meßstriche des weitabständigen
Maßstabes I ist. Mit dem Maßstab I3 ist das Kollimatorsystem 14 starr verbunden,
das das Bild eines Meßstriches des weitabständigen Maßstabes 1 (in dem dargestellten
Falle des auf der Glasplatte 52 befindlichen Striches) ins Unendliche proj iz,i.ert.
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Diese Projektionsstrahlen gelangen über das zur Trennung der einzelnen
Strahlengänge angeordnete und starr mit dem Körper g verbundene Spiegelsystem 15
zu dem starr im Bett der Vorrichtung befestigten Prisma 2, von dem es durch dreimalige
Reflexion zum starr im Körper g befestigten Fernrohr I6 gelenkt wird. In der Strichplattenebene
des Fernrohres. befindet sich eine nicht d,argestellte Bezugsstrichplatte, mit der
zusammen das Bild des Maßstabstriches von 52 scharf gesehen wird Zur Beleuchtung
von 52 dient dabei eine Beleuchtungsvorrichtung I7, die durch den Haltearm I8 starr
mit dem Maßstab I3 und dem Kollimator 14 verbunden ist. Mit Hilfe dieser Anordnung
gelingt es, unabhängig von der jeweiligen Stellung der Meßmutter 6 das Kollimatorsystem
14 und damit den M.aßstab I3 unter Vermeidung von Ablesefehlern .infolge von Ungenauigkeiten
der Führungen in ein eindeutiges Verhältnis zum weitabständigen Maßstab I zu bringen.
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Der feingeteilte Maßstab I3 wind mit Hilfe eines Systems abgelesen,
das wieder zur Vermeidung von Ablesefehlern infolge von Ungenauigkeiten dilesmal
der Schlittenführung 12 .aus dem starr mit dem Körper g verbundenen Kollimatorsystem
19 mit dem Fernrohr 20 sowie dem dreimal reflektierenden Prisma 21 besteht, das
mit Hilfe der Haltevorrich-
tung 22 starr mit dem den M.aßstab I3
und das Kol h matorsystem 14 tragenden Oberschlitten der Schlittenführung 12 verbunden
i,st. In der Strichplattenebene des Fernrohres 20 befindet sich eine nicht dargestellte
Strichplatte, die zusammen mit dem Bild eines oder mehrerer Meßstriche des Maßstabes
I3 scharf gesehen wird. Diese Strichplatte erlaubt zweckmäßig eine weitere Unterteilung
der durch den Maßstab I3 gegebenen Teilung, wie dies durch optische oder kombiniert
optische und mechanische Mittel bei Maß.stabablesemikrosl;open üblich ist. Zur Beleuchtung
des Glasmaßstabes I3 dient die Beleuchtungsvorrichtung 23, die starr mit dem Körper
g verbunden ist.
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Bei dieser Anordnung ist noch die Brennweite des Objektivs des Kollimators
14 gleich dem halben Abstand der Achse der Gewindespindel von der Meßebene des Maßstabes
I und die Brennweite -des Objektivs des Kollimators 19 halb so groß wie die Brennweite
des Objektivs des Kollimators 14.
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Die Messung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung geht dann
folgendermaßen vor sich: In der jeweiligen Stellung der Meßmutter 6 wird durch Betätigung
des Triebes 1 1 das Kollimatorsystem 14 so lange verschoben, bi.s das Bild eines
der Meßstriche des Maßstabes (im dargestellten Falle der zu 52 gehörende Meßstrich)
mit der Bezagsstrichplatte im Fernrohr I6 zur Deckung gebracht ist. Zugleich wird
hier die Großteilung (bei Strichabständen von je 100 mm z. B. 100 mm) abgelesen.
Hierauf erscheint im Fernrohr 20 der zur Stellung der Meßmutter gehörende Strich
des feingeteilten Maßstabes. (Gemäß vorstehendem Beispiel ilst dies ein in hundert
Teile geteilter Glasmaßstab von 100 mm Länge. Im Fernrohr 20 kann demnach z. B.
der Strich » 15 « beobachtet werden.) Durch die im Fernrohr 20 vorhandenen optischen
oder optisch-mechanischen Mittel findet dann eine weitere Unterteilung der Teilung
des Maßstabes I3 statt. (Zum Beispiel kann die genannte Millimeterteilung dieses
Maßstabes hierdurch nochmals in eintausend Teile geteilt werden, so daß dann z.
B. die gesamte Ablesung II5,326 mm lautet.) Ersetzt man die Gewindespindel 4 durch
einen geeichten, den Führungsleisten des Maßstabes I parallelen Strichmaßstab, dessen
Meßebene parallel zur Meßebene des Maßstabes I ist, und die Meßmutter 6 durch ein
Mikroskop mit Bezugsstrichplatte, dessen Achse auf der Meßebene des geeichten Maßstabes
senkrecht steht, so kann man durch feinfühlige Bewegung der einzelnen Strichplatten
51, 52 usw. jede für sich genau ausrichten.
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Zu diesem Zweck stellt man den Maßstab 13 auf o,ooo und verschiebt
die Strichplatten 51, 52 usw. jeweils so weist, bis ihr im Fernrohr 16 erscheinendes
Bild mit der Bezugsstrichplatte im Fernrohr I6 zur Deckung gebracht ist.
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Man kann jedoch die Justierung der einzelnen Strichplatten 51, 52
usw. auch mit Hilfe des Maßstabes 13 durch wiederholtes Ansetzen vornehmen.
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Zum Beispiel wird bei festgesetztem Körper der Maßstab 13 so weit
verfahren, daß im Fernrohr 20 der Wert 100,000 abgelesen wird. Durch Beobachtung
im Fernrohr 16 wird die Strichplatte 51 so lange verschoben, bis die Deckung von
Meßstrich und Bezugsstrichplatte erreicht ist. Hierauf wird der Maßstab I3 in die
Stellung o,ooo gebracht und die Strichplatte 52 unter Beobachtung im Fernrohr 20
so lange verschoben, bis Deckung von Meßstrich und Bezugsstrichplatte erreicht ist.
Der Strich auf der Strichplatte 52 wird jetzt als Ausgangspunkt verwendet und mit
ihm wird die richtige Stellung der Strichplatte 53 gefunden. Da kurze Maßstäbe bei
weitem genauer hergestellt werden können als lange Maßstäbe und die optischen Messungen
mit hoher Genauigkeit durchgeführt wer den können, erhält man auf diese Weise einen
weitabständigen Maßstab I hoher Genauigkeit. Zur Kontrolle kann man dann noch an
Stelle der Gewindespindel 4 und der Meßmutter 6 eine ungeteilte Kopie des Pariser
Norm als mikroskopisch beobachten, mit dessen Hilfe dann umgekehrt die Genauigkeit
der durch Ansetzen gefundenen Strecke von 1000 mm festgestellt und damit die Genauigkeit
der feingeteilten Strichplatte bezüglich ihrer Endstriche kontrolliert werden kann.
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Eine erfindungsgemäße Ausffihrungsform zum felrnfühligen Verstellen
der einzelnen Strichplatten des weitab.ständigen Maßstabes I ist in den Fig. 2,
3 und 4 dargestellt. Zwischen verzugsarmen Führungen 24 in Länge des gesamten Maßstabes
werden Körper 25 geschoben, die die Strichplatten 5 tragen. Die gehärteten und geschliffenen
Körper 25 werden in der ebenfalls geschliffenen Führung 24 des Maßstabes I so lange
verschoben, bis sich jeder Meßstrich der Strichplatten fast in der richtigen Stellung
befindet, was durch das hierfür vorgesehene optische System (in Fig. I I4, 2, I6)
geprüft werden kann. Hierauf werden die Körper jeweils mit Hilfe der Führungsleisten
26, 27, 28 und der Druchschrauben in der Führung 24 des Maßstabes I festgelegt.
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Die Strichplatte 5 jedes Körpers 25 befindet sich in einem Führungskörper
29, der ebenfalls geschiffen in dem Körper 25 geführt wird. Die Bewegung dieses
Führungskörpers 29 wird mit Hilfe des sehr wenig exzentrischen Körpers 30 durch
dessen Drehung unter Zuhilfenahme eines nicht dargestellten, in den Schlitz 3I eingreifenden
Schlüssels durchgeführt. Hierbei wird der Führungskörper 29 durch die Blattfeder
32 an den Exzenterkörper gedrückt, so daß während der Verstellung jelderzeit eine
Anlage gewährleistet ist. Befindet sich der Maßstabstrich in der richtigen Stellung,
was durch Deckung seines Bildes mit der Bezugsstrichplatte festgestellt werden kann,
so wird der Führungskörper 29 mit Hilfe der Führungsleisten 33, 34, 35 unter Zuhilfenahme
der Druckschrauben im Körper 25 und damit in der Führung24 des Maßstabes I festgelegt.
An Stelle des Exienterkörpers kann die Verstellung des Führungskörpers 29 auch durch
eine feingängige Gewlndespindel erreicht werden.
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Als weiteres Beispiel ist in Fig. 5 die Anwendung des Erfindungsgedankens
auf eine Bohrmaschine dargestellt, bei der d.ie Werkstücke auf einem Koordinatenmeßtisch
aufgespannt werden. Die Ma-
schine besteht aus dem Bett 36, dem
Bohrständer 37, dem Bohrkopf 38, der Pinole 39 mit dem Bohrwerkzeug 40 sowie dem
in senkrecht zueinander liegenden Führungen bewegten Koordilnatenmeßtisch 41, von
denen in Fig. 5 nur die, Querführung 42 dargestellt wurde. Auf dem Tisch ist das
Werkstück 43 aufgespannt.
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Das Bohrwerkzeug 40 stellt in dieser Anordnung die feststehende Visiervorrichtung
für das Werkstück dar. Dem Erfin dungsgedanken entsprechend, belegt sich der weitabständige
Maßstab I, der die Strichplatten 1, 52 . . 56 trägt, zusammen mit dem Werkstück
43 und dem Tisch 41, an dem er mit den Haltearmen 44 und 45 befestigt ist. Mit dem
Maschinenbett und damit auch mit dem Bohrständer 37 ist die Schtittenführung 12
für den feingeteilten Maßstab I3-verbunden, der sich in dieser Führung parallel
zur Tischführung und der Meßebene des Maßstabes I bewegt. Mit dem Maßstab I3 ist
starr das Kollimatorsystem 14 zusammen mit der Beleuchtungsvorrichtung I7 verbunden,
das nach mehrfacher Reflexion an den Spiegeln 15 und dem Prisma 2 durch das P.rojektionsobjektiv
I61 ein Bild des Meß.striches 5' einer der Strichplatten (im dargestellten Falle
von 5S) auf der Mattscheibe 46 entwirft. Auf dieser Mattscheibe sind zwei Bezugsstriche
461 angebracht, zwischen denen das Bild des Meßstriches 5' liegen muß. Ferner kann
auf der Mattscheibe 46 auch das Bild der Bezugszahl für den betreffenden Meß,strich
abgelesen werden. Es ist aber auch möglich, mit dem Tisch 41 einen Grobmaßstab zu
verbinden, .auf dem durch einen am Maschlinenbett befestigten Zeiger die jeweilige'
Stellung abgelesen werden kann, so daß auf der Mattscheibe 46 dann nur die genaue
Lage des Meßstriches 5' innerhalb der beiden Bezugsstriche 461 festgestellt werden
muß. Zum Ausgleich der Ablese fehler durch Ungenauigkeiten der Führungsbahnen des
Tisches -41 dient das dreiiiial reflektierende Prisma 2, das zu diesem Zweck mittels
des IIaltearmes 47 starr mit dem Tisch 41 verbunden ist. Zur Projektion des Bildes
des feingeteilten Maßstabes I3 auf die Mattscheibe 48 Idient das Projektionsobjektiv
201 zusammen mit der Beleuchtung.svorrichtung 23. Sowohl das Projektionsobjektiv
201 und die Beleuchtungsvorrichtung 23 als auch die M.attscheibe 48 sind hierbei
starr mit dem Maschinenbett verbunden. Das Bitld eines Meßstriche's I3' des Maßstabes
13 kann dabei mit Hilfe der auf der Mattscheibe 48 eingezeichneten Doppeistriche
481 in eine definierte Lage gebracht werden. Es ist jedoch i.m Sinne der Erfindung
ebenso möglich, durch optische oder optisch-mechanische Mittel eine weitere Unterteilung
der Teilung des Maßstabes I3 vorzunehmen Ebenso ist es im Sinne der Erfindung möglich,
Ab lesefehler durch Ungenauigkeiten Ider Führung I2 optisch auszugleichen.
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Befestigt man in der Pinole 39 ein Mikroskop, dessen Objektivachse
parallel zur Achse der Pinole verläuft, und an der Stelle des Werkstückes 43 einen
Präzisionsmaßstab, dessen M'eßfläche parallel zur Meßfläche des Maßstabes I und
zur Führung 42 verläuft, auf dem Tisch 4I, so kann mit Hilfe dieses Maßstabes durch
Vergleich mit zudem Mattscheibenbild auf 46 bei feststehendem Maßstab I3 eine Justierung
der einzelnen Strichplatten 51 bis 56 derart vergenommen werden, daß bei Kenntnis
der Eichwerte des Eichmaßstabes die einzelnen Meßstriche von 51 bis 56 in eine solche
Stellung gebracht werden, daß die an Iden M.attscheilben eingestellten Werte mit
höchster Genauigkeit mit den Meßwerten auf der Tischebene und bei einwandfrei arbeitendem
Bohrwerk dann auch mit höchster Genaudgkeit mit den Abständen der mit dieser Maschine
erzeugten Bohrungen übereinstimmen.
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Im Sinne der Erfindung ist es auch möglich, die beiden Bilder des
weitabständigen Maßstabes und des feingeteilten Maßstabes durch optische Mittel
zu vereinigen, so daß sie durch ein einziges Okular oder auf einer einzigen Mattscheibe
betrachtet werden können. Auch kann .durch weitere optische Mittel hierzu noch das
BilEd des zu messenden Werkstückes mit den Bildern der beiden Maßstahstriche vereinigt
werden. Weiterhin ist es im Sinne der Erfindung möglich, die subjektive Einstellung
der Maßstäbe und des Werks,tückes völlig oder teilweise durch optisch-lichtelektrische
Mittel zu ersetzen.
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Hierzu kann es ferner nützlich sein, die Form der Maßstabstriche zu
ändern, z. B. dadurch, daß man an Stelle schwarzer Striche auf durchsichtigem Grund
Lichtspalte benutzt.