DE1215946B - Ablesegeraet - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

GOId

Deutsche KL: 42 d-2/01

Nummer: 1215 946

Aktenzeichen: S 55512IX b/42 d

Anmeldetag: 12. Oktober 1957

Auslegetag: 5. Mai 1966

Die Erfindung betrifft ein Präzisionsablesegerät zum Ablesen von Skalen, insbesondere von solchen, die an einem verstellbaren Maschinenteil, z. B. an einem Werkstücktisch, angebracht sind und die Messung des Vorschubes ermöglichen.

Bei Werkzeugmaschinen ist eine Verbesserung der Meßgenauigkeit mit erheblichen Kosten verbunden. Es sind schon viele Versuche gemacht worden, die Genauigkeit der Messung und der Einstellung des Vorschubes Zu vergrößern.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Ablesegerät zu schaffen, das sich besonders einfach und preiswert herstellen läßt, dabei aber hohen Anforderungen hinsichtlich der erzielbaren Ablesegenauigkeit genügt. Besonders wesentlich ist dabei auch der Gesichtspunkt, daß das Ablesegerät einem verhältnismäßig rauhen Betrieb gewachsen sein muß, denn es kann bei der Anwendung an Werkzeugmaschinen nicht immer vorsichtig behandelt werden. Eine solche rauhe Behandlung darf andererseits die erzielte Ablesegenauigkeit nicht beeinträchtigen. Außerdem ist in vielen Fällen nicht yermeidbär, daß das Ablesegerät der Einwirkung von Schmutz ausgesetzt wird, und es muß möglich sein,, das Gerät durch einfaches Abwischen mit einem Ballen Twist od. dgl. wieder in einwandfreien Zustand zu versetzen.

Es ist bereits eine Ablesevorrichtung für Werkzeugmaschinen bekannt, die mit einer Ablesespiräle arbeitet, bei der der Drehpunkt der Spirale vom Pol derselben verschieden ist und der Abstand zwischen diesen beiden Punkten so bestimmt ist, däß der derartigen Geräten eigentümliche theoretische Ablesefehler für eine bestimmte Amplitude der Wihkelverstellung der Spirale zu Null wird. Dabei ist das bekannte Gerät in ein massives Metallgehäuse eingebaut, das äußerlich den Eindruck eines robusten, allen Anforderungen des praktischen Betriebes gewachsenen Gerätes erweckt. Zur Ablesung der Feineinstellung dient aber eine am Rand der Spiralen-Scheibenfassung vorgesehene Skala, die in der Rühestellung durch einen Deckel geschützt ist, im Betrieb jedoch frei liegen muß und daher Schmützteilcheri, Stößen usw. ausgesetzt ist. Einem rauhen Betrieb ist demzufolge das bekannte Äblesegerät nicht gewachsen.

Es ist auch bereits eine Ablesevorrichtung für linear geteile Meßteiluhgen bekannt, wobei diese Teilung aus bezifferten Teilungsmerkmälen besteht und wobei innerhalb eines kräftig ausgebildeten, mit einem Deckel verschließbaren Gehäuses eine den zu beobachtenden Teil der Meßteilung beleuchtende Ablesegerät

Anmelder:

Infrared Industries, Inc.,

Waltham, Mass. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Schaefer, Patentanwalt,

Hamburg-Wandsbek 1, Ziesenißstr. 6

Als Erfinder benannt:
William Palmer Strickland jün.,
Chicago, JU. (V. St. A.j

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Oktober 1956
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Lichtquelle vorgesehen ist; ferner ist eine diesen Meßteilungsbereich auf eine Beobachtungsfläche eines Äblesefensters pröjizierende Optik sowie eine mikrometrische Feinablesevorrichtung mit drehbarer Ablesespiräle vorgesehen, deren Gänghöhe dem Abstand zweier aufeinanderfolgender Teilungsmerkmalbilder im Sichtfenster entsprechend bemessen ist. Hierbei handelt es sich aber uin eine mikrometrische Ablesevörrichtung mit Spmdelverstellüng; bei welcher eine sogenannte Spiralablesüng nicht angewendet ist.

Bei der Anwendung dieses bekannten Beleuchtungsprinzips in Verbindung mit solchen Ablesegeräten, welche nach dem Prinzip der Spirältnikrosko'pe ausgebildete Feiiimikrometer enthalten, sind aber besondere technische Schwierigkeiten zu überwinden.

Diese Schwierigkeiten lassen sich bei Anwendung der Erfindung beheben, wenn man das Ablesegerät so ausbildet, daß die Projektionslichtquelle in an sich bekannter Weise äußer dem die Meßteilung einschließlich ihrer Bezifferung in das Sichtfenster abbildenden Strahlenbündel zusätzlich ein weiteres, lichtschwächeres Strahlenbündel liefert, welches zur Beleuchtung der in einem gesonderten Sichtfenster beobachtbaren kreisförftiigen Feinteilung für die Einstellablesüng des Spiralmikrosköps dient und so bemessen ist; däß in den Sichtfenstern die gleiche Helligkeit gewährleistet ist.

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Mit Vorteil kann nach einer Weiterbildung der Er- Meßskala 15 am Werkstücktisch 14, und das Ablese-

findung das Ablesegerät so ausgebildet sein, daß im gerät zur Messung des Quervorschubes arbeitet in

Gehäuse der Projektionslichtquelle eine Öffnung an- Verbindung mit der Meßskala 16. Der Arbeiter mißt

geordnet ist, durch welche hindurch das zweite licht- die Anfangsstellung des Werkstückes 14 genau und

schwächere Strahlenbündel auf das Feinablesesicht- 5 verstellt nach Aufzeichnung der ersten Ablesung den

fenster gerichtet ist. Werkstücktisch in eine zweite Stellung, die an den

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfin- Ablesegeräten 10 wiederum genau abgelesen wird, dung besteht darin, daß im Gehäuse ein die Sicht- Der Tischvorschub kann auf Vioooo" abgelesen fenster in Form von Durchbrüchen od. dgl. ent- werden. Da die Ablesung lediglich von der Stellung haltender Schirm angeordnet ist und daß dabei die io der Meßskala abhängt, so wird die Ablesung durch in den Sichtfenstern beobachtbaren Teilungen usw. toten Gang der Verstellspindeln für den Werkstückin an sich bekannter Weise so angeordnet sind, daß tisch oder den Querschieber nicht beeinträchtigt, diese bei unveränderter Kopfhaltung mit einem Blick Wenn beispielsweise der Tisch in seiner Stellung verübersehbar sind. riegelt wird, so stellt das Ablesegerät etwa einen

Bei Anwendung der zuletzt erwähnten Maßnahme 15 Vorschub von 0,0005" fest, ohne daß dabei eine

werden Irrtümer bei der Ablesung vermieden, die Änderung in der Stellung der Verstellspindel fest-

sich bei der Addition und Subtraktion ergeben kön- stellbar wäre.

nen. Die Ablesung erfolgt allein auf dem Ablesegerät In dem Fenster 20 gemäß Fi g. 2 kann die Dimenselbst, an dem auch die Skalenanzeige abgelesen sion 15,375" abgelesen werden. Diese Ablesung ist werden kann, und allgemein ist bei einem Ablese- 20 direkt von der dazugehörigen Meßskala abgenomgerät nach der Erfindung vorteilhaft, daß es keine men. Die Noniusspirale 21 wird dann so lange gewichtigen, einer Abnutzung unterworfenen Teile auf- dreht, bis die Markierung 24 im schlitzförmigen weist. Es ist darüber hinaus auch dicht verschlossen, Fenster 22 zwischen den Randstrichen der Spirale 21 so daß Öl oder ein Kühlmittel, das bei der Werkzeug- liegt. Dann wird im Noniusfenster 25 unterhalb der maschine Verwendung findet und auf das Ablese- 25 Noniusmarke 26 der Teilstrich von 0,0022" abgerät gelangen kann," nicht einzudringen und die gelesen. Indem man dann die Noniusablesung zu der Güte der Ablesung zu beeinträchtigen vermag. Des im Ablesefenster 20 abgelesenen Größe hinzuzählt, weiteren kann das Ablesegerät nach der Erfindung ergibt sich dann das Endmaß mit 15,3772". Offenvor Gebrauch auf absolute Genauigkeit leicht geprüft sichtlich kann der Nonius entweder auf die genaue werden. 30 Dimension vorher eingestellt werden und der Tisch

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise auf diesen Punkt verstellt oder, nachdem der Tisch

und schematisch dargestellt. Es zeigt in der genauen Stellung verriegelt ist, die genaue

F i g. 1 eine Fräsmaschine mit Ablesegeräten nach Dimension an diesem Punkt, wie oben beschrieben,

der Erfindung zur Ermittlung des Vorschubes des abgelesen.werden. Durch Verwendung eines opti-

Werkstücktisches, 35 sehen Systems, das das von der Meßskala ab-

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Fenster des Ab- . gelesene Bild trennt und ablenkt, wird eine seht

lesegerätes, · genaue Reproduktion erzeugt.

Fig. 3 eine Seitenansicht des Ablesegerätes, Fig. 12 zeigt eine Darstellung des optischen

F i g. 4 eine Draufsicht auf das geschlossene Ab- Systems, das eine sehr genaue Wiedergabe der Meßlesegerät im verkleinerten-Maßstab, 40 skalaablesung erzeugt. Die Anzeige der Meßskala : Fig. 5 eine Ansicht des Ablesegerätes von der 15 wird durch ein Vergrößerungsobjektiv 30 abMeßskala aus, ;' gelesen, das aus zwei Paar Linsenanordnungen 31

Fig. 6 eine räumliche Darstellung des geöffneten und 32 besteht und auf den Spaltreflektor34 reflek-

Ablesegerätes, ' tiert. Der Lichtreflektor 35 nimmt die Strahlen von

F i g. 7 eine Draufsicht auf die Noniusscheibe, 45 der Lichtquelle 36 durch ein Sammellinsensystem 38

F i g. 8 einen vergrößerten Teilausschnitt der hindurch auf und lenkt sie durch das Objektiv 30

Randskala der Noniusscheibe, auf die Skala 15, von der das Licht auf den ersten

F i g. 9 eine Seitenansicht der Noniusscheibe, Ablenkspiegel 39 zurückgeworfen wird. Von dort

Fig. 10 einen Schnitt durch das Ablesegerät, gelangt das aufgenommene Bild über fünf weitere

F i g. 11 eine Draufsicht auf das Unterteil des 50 Spiegel in das Ablesefenster 20, wo es von dem Be-

Ablesegerätes, dienungsmann abgelesen werden kann. Wie später

Fig. 12 eine schematische Darstellung der Optik noch beschrieben wird, ist ein zusätzliches Loch in

des Ablesegerätes, dem Noniusgehäuse vorgesehen und die Lichtquelle

F i g. 13 einen Schnitt durch das Vergrößerungs- 36 dient zusätzlich noch zur Ausleuchtung des

objektiv, 55 Noniusfensters 25.

F i g. 14 einen Schnitt durch das der Lichtquelle Wie weiterhin aus F i g. 12 zu ersehen ist, sind

vorgeschaltete Sammellinsensystem, vier Spiegel 40, 41, 42 und 44 vorgesehen, die das

F i g. 15 einen Schnitt durch die Befestigung der Bild in einer Ebene in einem Winkel von 90° von

Glühlampe, einem zum anderen Spiegel reflektieren. Der fünfte

Fig. 16 eine vergrößerte Darstellung eines Teils 60 Spiegel45 ist so angeordnet, daß er das Bild senk-

der Meßskala. · recht zu der Ebene, in der die Spiegel 40, 41, 42 und

In F i g. 1 ist eine Fräsmaschine dargestellt, an 44 das Bild zurückwerfen, reflektiert.
Hand derer die Erfindung erläutert werden soll. Es Wie die Fig. 10 und 11 zeigen, sind die Spiegel sind zwei optische Ablesegeräte 10 am Winkeltisch 40, 41, 42, 44 und 45 auf einer gemeinsamen 11 der Fräsmaschine 12 vorgesehen, um den Vor- 65 Grundplatte 46 befestigt, wodurch eine große Geschub des Werkstücktisches 14 genau messen zu nauigkeit bei billiger Herstellung erreicht wird. Das können. Das Ablesegerät für die Messung des Werk- Objektiv 30 ist in der unteren Hälfte 48 des Gestücktischvorschubes arbeitet in Verbindung mit der häuses 50 befestigt. Die obere Hälfte 49 des Ge-

häuses dient als Träger für die Ableseeinrichtung. Die Spaltreflektorkombination 34 ist auf einem Stützbock 51 befestigt. Der erste Brechungsspiegel 40 ist auf einem an der Grundplatte 46 befestigten Stützbock 52 angebracht. Die drei folgenden Spiegel 41, 42 und 44 sind an den Ecken der Grundplatte 46 befestigt. Der letzte Spiegel 45 ist durch einen Bock 54 gehalten, der ebenfalls auf der Grundplatte 46 befestigt ist. Die als Lichtquelle dienende Lampe 36 ist im unteren Teil der unteren Hälfte 48 des Gehäuses waagerecht angeordnet, so daß ihre Strahlen durch das Sammellinsensystem 38 auf den Lichtreflektor 35 fallen und von dort auf die Meßskala abgelenkt werden. Die Lampensockelhaltemuffe 55 ist in einer waagerechten Bohrung der unteren Gehäusehälfte 48 angeordnet.

Das Bild wird durch den letzten Spiegel 45 auf das Ablesefenster 20 des Schirmes 60 geworfen. Der Teilstrich 24 wird durch das Schlitzfenster 22, wie oben beschrieben, abgelesen. Das Noniusf enster 25 ist ebenfalls im Schirm 60 vorgesehen und wird durch eine Lichtöffnung 43 in der Grundplatte 46 hindurch von der Lampe 36 her ausgeleuchtet. Die Fenster bestehen aus durchsichtigem Glas, während der übrige Teil des Schirmes undurchsichtig ist. Der Schirm kann in seinem undurchsichtigen Teil mit einem metallischen Belag versehen sein. Die kreisförmige Skala und die Spirale sind auf der Unterseite der Linse 70 eingeätzt, die mattiert ist. Die Noniuslinse 70 ist drehbar angeordnet, während die übrigen Teile des optischen Systems feststehen. Es kann auch die Linse 70 undurchsichtig und der Schirm 60 mattiert sein. Außerdem kann der Schirm 60 der äußere und die drehbare Spirallinse 70 der innere Teil sein.

Die Drehung der Linse 70 mit der Spirale 21 wird durch die aus F i g. 10 ersichtliche Ausbildung des Oberteils des Gehäuses ermöglicht. Der Deckel 81 hat einen Gelenkansatz 82 und ist mit diesem auf dem Gelenkstift 84 gelagert, der durch den am Ring 88 befestigten Gelenkhalter 85 getragen wird. Der Gelenkhalter 85 ist durch Schrauben 86 mit dem Ring 88 verbunden, der auf einem Rohransatz 89 des Gehäuseoberteils 49 drehbar ist. Eine Klemmringanordnung 90, die in eine Ringrille 91 des Rohransatzes 89 eingreift, sichert die axiale Lage des Ringes 88, der um volle 360° drehbar ist.

Die Noniuslinse 70 ist ebenfalls um 360° drehbar. Zu diesem Zweck ist sie in einer Fassung 92 befestigt, die mit ihrem rohrförmigen Teil 94 in dem Rohransatz 89 drehbar gelagert ist. Die Fassung 92 wird durch eine Schraube 94' gegen axiale Verschiebung gesichert, die durch den überfassenden Teil der Fassung hindurch in eine weitere Ringrille 95 des Rohransatzes 89 eingreift. Die Noniuslinse 70 kann also in einer zum Schirm 60 parallelen Ebene und nahe diesem gedreht werden. Der Schirm 60 ist an einer Schulter 95 des oberen Gehäuseteils 49 befestigt. Der Umfang der Fassung 92 ist beispielsweise durch Kordelung griffig gemacht, um die Bedienung der Noniuslinse zu erleichtern. Im Deckel 81 ist ein Spiegel 98 angebracht, der die Ablesung der Noniuslinse ermöglicht, ohne daß der Beschauer senkrecht von oben auf die Linse blicken muß (s. Fig. 6).

Das Ablesegerät 10 wird zweckmäßig an einem festen Teil der Maschine angebracht. Zu diesem Zweck hat die Befestigungsfläche 100 des unteren Gehäuseteils 48 Schwalbenschwanzfüße 101, die an einem entsprechenden Ansatz 102 an einer Befestigungsfläche 104 der Maschine eingreifen. Eine Spannschraube 105 dient dazu, die Füße 101 zusammenzuklemmen, wobei der Spalt 106 zwischen den Füßen verengt wird. Auf diese Weise kann das Ablesegerät 10 fest mit der Maschine verbunden werden. Die Meßskala 15 ist, wie F i g. 3 zeigt, am Werkstücktisch 14 so befestigt, daß sie bei Vorschub des Tisches sich in einer Ebene bewegt, die den richtigen Abstand vom Vergrößerungsobjektiv 30

ίο hat.

Aus Fig. 16 ist ersichtlich, daß die Meßskala Teilstriche 24 und Zahlen aufweist, die den Teilstrichen 24 zugeordnet sind. Der Abstand zwischen den Teilstrichen 24 beträgt 0,025". Statt der Teilstriche 24 können auch Punkte oder dergleichen Markierungen verwendet werden.

Die Noniuslinse 70 ist in den Fig. 7, 8 und 9 dargestellt. Fig. 7 zeigt die Unterseite71 der Linse 70, auf der die Spirale 21 mit zwei parallelen Linien dargestellt ist. Der Abstand 72 der Enden der Spirale entspricht dem Abstand zwischen zwei Teilstrichen 24 der Meßskala, wie er durch das optische System auf das Schlitzfenster 22 des Schirmes 60 übertragen wird.

F i g. 8 zeigt in vergrößertem Maßstab die Noniusskala 74, deren Zahlen Abstände von 0,001" anzeigen und deren Teilstriche 75 Abständen von 0,0001" entsprechen.

Das Objektiv 30 und das Sammellinsensystem 38 werden in den F i g. 13 und 14 dargestellt. Das Objektiv besteht aus einer Konkav-Konvex-Kombination 31 mit einem zweiten Paar von Reflektoren 32. Das Sammellinsensystem 38 besteht aus zwei Sammellinsen, deren konvexe Oberflächen sich nach der Mitte zu gegenüberliegen.

Die Lampe36 gemäß Fig. 15 kann aus dem unteren Gehäuseteil 48 leicht entfernt werden, da die Haltemuffe 55 an ihrem vorderen Ende 53 mit Gewinde versehen und in das Gewindeloch 47 eingeschraubt ist. Die Birne 36 kann daher leicht ausgewechselt werden. Außerdem ist sie vor Stoß und Schmutz geschützt untergebracht.

Da, wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, die Noniuslinse 70 in der Fassung 92 dicht angebracht ist, so ist die Öffnung des Ablesegerätes völlig abgedichtet. Wenn Öl od. dgl. bei geöffnetem Deckel 81 in das Ablesegerät spritzt, so kann die Oberseite der Noniuslinse 70 gereinigt werden, ohne daß sie entfernt werden muß. Eine weitere Sicherung des Geräteinneren vor Verschmutzung ist dadurch erreicht, daß der Schirm 60 dicht an der Schulter 95 des Oberteils 49 des Gehäuses 50 befestigt ist. Der einzige Zugang zum Innern des Gehäuses besteht nach Entfernen der Haltemuffe 55 für die Birne.

Das Gerät ermöglicht eine genaue Bestimmung der Stellung des Werkstücktisches durch zwei Ablesungen. Das innere Spiegelsystem ist auf einer einzigen Grundplatte angebracht, die sehr genau hergestellt werden kann und die auch zugleich eine schnelle Anbringung der Spiegel ermöglicht. Eine Verschmutzung des Ablesegerätes ist weitgehend vermieden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Ablesegerät zum Ablesen an einer linear geteilten Meßteilung aus bezifferten Teilungsmerkmalen, mit einer innerhalb eines kräftig ausgebildeten, mit einem Deckel verschließbaren

Gehäuses angeordneten und den zu beobachtenden Teil der Meßteilung beleuchtenden Lichtquelle und einer diesen Meßteilungsbereich auf eine Beobachtungsfläche eines Ablesefensters projizierenden Optik sowie mit einer mikrometrischen Feinablesevorrichtung mit drehbarer Ablesespirale, deren Ganghöhe dem Abstand zweier aufeinanderfolgender Teilungsmerkmalbilder im Sichtfenster entsprechend bemessen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionslichtquelle (36) in an sich bekannter Weise außer dem die Meßteilung (15) einschließlich ihrer Bezifferung in das Sichtfenster (20, 22) abbildenden Strahlenbündel zusätzlich ein weiteres lichtschwächeres Strahlenbündel liefert, welches zur Beleuchtung der in einem gesonderten Sichtfenster (25) beobachtbaren kreisförmigen Feinteilung für die Einstellablesung des Spiralmikroskops (21) dient und so bemessen ist, daß in den Sichtfenstern (20, 22, 25) die gleiche Helligkeit gewährleistet ist.

2. Ablesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse der Projektions-

10

lichtquelle eine Öffnung (43) angeordnet ist, durch welche hindurch das zweite lichtschwächere Strahlenbündel auf das Feinablese-Sichtfenster gerichtet ist.

3. Ablesegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (50) ein die Sichtfenster (20, 22, 25) in Form von Durchbrüchen od. dgl. enthaltender Schirm (60) angeordnet ist und daß dabei die in den Sichtfenstern beobachtbaren Teilungen usw. in an sich bekannter Weise so angeordnet sind, daß diese bei unveränderter Kopfhaltung mit einem Blick übersehbar sind.

20 In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 911548, 968142, 971054;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1002953;
französische Patentschrift Nr. 975124;
USA.-Patentschriften Nr. 2480237, 2 677306;
G. B e η d t, »Grundlagen und Geräte technischer Längenmessungen«, 1929, S. 55 und 56.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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