DE2530163C3

DE2530163C3 -

Info

Publication number: DE2530163C3
Application number: DE19752530163
Authority: DE
Inventors: Kurt 8221 Katzwalchen Feichtinger
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1975-07-05
Filing date: 1975-07-05
Publication date: 1979-08-02
Also published as: DE2530163A1; DE2530163B2

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Meßeinrichtung zur Lagebestimmung zweier Objekte, bestehend aus einem Maßstab, einer Beleuchtungseinrichtung und einer stark vergrößernden, kurzbrennweitigen Abbildungsoptik, die sich mit konstantem Abstand zur Teilungsebene des Maßstabes direkt an diesem abstützt und mit der ein Teilungsabschnitt des Maßstabes auf einen ortsfesten Ableseindex 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 l"eilungsebene 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 beteilieten

& Mechanik.

Ϊ Aus der CH-PS 398 Ü98 ist es bei einer optischen

f Meßeinrichtung bereits bekannt, daß sich die Abbil-

dungsoptik bzw. deren TrägeΓköφer über Gleitschuhe direkt an der Teilungsfläche des Maßstabes

-, abstützt. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß

ι- 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 eier Maßstab eine Beschädigung erfährt. Der weiteren Erhöhung der Genauigkeit steht die gleichzeitig steigende Störanfälligkeit der bekannten Bauform entgegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Meßeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch höhere Genauigkeit auszeichnet und die trotzdem störunanfällig und kostengünstig herstellbar ist.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß sowohl der Maßstab als auch die Abbildungsoptik mit ihrem Trägerkörper in einem allseitig geschlossenen Hohlkörper gekapselt sind, der in einer Wand über eine nachgiebige Dichtung verfügt, durch die ein Mitnehmer hindurchragt, der über eine bewegliche, in Meßrichtung spielfreie Kupplung am Trägerkörper angekoppelt ist, wobei der Beleuchtungsstrahlengang ins Innere des Hohlkörpers und der Abbildungsstrahlengang aus dem Hohlkörper auf eine am Mitnehmer angebrachte Mattscheibe durch diesen Mitnehmer hindurch geführt ist, und daß die Abbildungsoptik bzw. deren Trägerkörper an Hilfsführungsflächen im Hohlkörper geführt ist.

Zusätzliche, die Erfindung weiter ausgestaltende Merkmale findei, sich in den Unteransprüchen.

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 werksseitig optimal justierten Zustand angeliefert wird,

5. vielseitige Anwendbarkeit, u. a. wegen der Unabhängigkeit von Maschinenführungen,

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

7. Möglichkeit zur Vollwerteinstellung.

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

Fig. 1 eine Seitenansicht der optischen Meßeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 2, Fig. 4einenSchnitt nach det Linie C-D der Fig. 1, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie E-F der Fig. 4. Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie G-H der Fig. 4. Im Ausführungsbeispie! ist mit der Positionsnummer 1 das Ableseeer ; und mit 2 die den "■' ^!ΐ·ΐ·'' Λ tragende Baueinheit bezeichnet. Das Abiesegerät 1 und die Baueinheit 2 sind an einem Maschinenbett bzw. Maschinenschlitten befestigt. Die Baueinheit 2 besteht zweckmäßig aus einem stranggezogenen AIu-

> miniuin-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 sind

> im Ausführungsbeispiel die »Zehntel-Intervalle« beziffert. Die Fig. 2 zeigt ein vollständiges Bild der benutzten Teilung Tim Ablesefeld LdesGerätes 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.

Am Hohlkörper 4 ist auch noch eine Grobteilung T_c vorgesehen, die an einem Index J₁. des Gerätes 1 abgelesen werden kann.

Die Abbildungen eines Teilungsausschnittes des Maßstabes 3 erfolgt mittels eines kurzbrennweitigen Objektivs 7, das an einem Trägerkörper 8 angebracht ist (Fig. 3). Das Objektiv 7 besitzt eine sehr hohe Vergrößerung (50fach). Der Objektivträger 8 stützt sich über reibungsarme Gleitschuhe 9 direkt auf der Teilungsfläche des Glasmaßstabes 3 ab. Dadurch ist sichergestellt, daß der durch die kurze Brennweite des Objektivs 7 bedingte sehr geringe Arbeitsabstand 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 (Fig. 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 (Fig. 6). In dem gegenüber dem Hohlkörper 4 vorspringenden Bereich ist der Mitnehmer 1 als Gehäuse 12 ausgebildet. Im Gehäuse 12 Miid die Beleuchtungseinrichtung 21, Umlenkspiegel 16 u. 17. eine Mattscheibe 18, eine Ableselupe 19 (Fig. 5) sowie die mechanischen Teile der Baugruppe 20 für die Vollwerteinstelluug untergebracht. Die Beleuchtungseinrichtung 21 enthält eine Lampe 13 und einen Kondensor 14. Das die vorgenannten Teile aulnehmende 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 (Fig. 3) am Trägerkörper 8 für das Objektiv 7 angebracht.

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 ar. einem am Mitnehmer 1 angebrachten Winkelhebel 26 angekoppelt ist. Der Mittelpunkt des Kugelgelenkes 32 bzw. 33 liegt in Höhe de; neutralen Faser des Maßstabes 3. Damit ist sichergestellt, d;.;!i der Objektivträger 8amschwertföiinigcü ΛΙ chnitt des Mitnehmers 1 in Höhe de; ... !raten Faser de* Malista-

lies 3 angekoppelt ist. Durch diese Ankopplung weiden durch Deformationen des Maßstabes 3 hervorgerufene Fehler kompensiert.

Hine vorgespannte Feder 34. die zwischen dem Bcfcsli^ungsschaft dos Kugelgelenkes 33 und einer Bohrung im Verbindungsteil 31 eingebracht ist. bewirkt, daß der Objektivträger 8 sowohl gegen die !•'ührungsfläche am Glasmaßstab 3 als auch gegen die Führungsfläche um Hohlkörper 4 gedrückt wird.

Die Baugruppe 20, die eine Vollwerteinstellung ermöglicht, enthält einen Winkelhebel 26, eine Betätigungsschraube 36 sowie eine Feder 37. Der Winkel hebel 26, an dem das Kugelgelenk 33 befestigt is! ist über eine Drehachse 35 am Mitnehmer 1 schwenk bar gelagert. Die Verstellung des Winkelhebels 26 er folgt mittels der Schraube 36 gegen die Wirkung de Feder 37. Beim Betätigen der Schraube 36 wird dii Kupplungsbaueinheit 11 ausgelenkt und der Objek tivträger 8 relativ zur Teilung des Maßstabes 3 ge ringfügig verschoben, und zwar so weit, bis ein bezif fertes Teilungsintervall, von dem bei der Messunj ausgegangen werden soll, am Ableseindex J einge stellt ist.

Hierzu 2 HLu Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optische Meßeinrichtung zur Lagebestimmung zweier Objekte, bestehend aus einem Maßstab, einer Beleuchtungseinrichtung und einer stark vergrößernden, kurzbrennweitigen Abbildungsoptik, die sich mit konstantem Abstand zur Teilungsebene des Maßstabes direkt an diesem abstützt und mit der ein Teilungsabschnitt des Maßstabes auf einen ortsfesten Ableseindex abgebildet wird, dadurch ge kennzeich net, daß sowohl der Maßstab (3) als auch die Abbildungsoptik (7) mit ihrem Trägerkörper (8) in einem allseitig geschlossenen Hohlkörper (4) gekapselt sind, der in einer Wand über eine nachgiebige Dichtung (S/6) verfügt, durch die ein Mitnehmer (1) hindurchragt, der über eine bewegliche, in Meßrichtung spielfreie Kupplung (11) am Trägerkörper (8) angekoppelt ist, wobei der Beleuchtungsstrahlengang ins Innere des Hohlkörpers (4) und der Abbildungsstrahlengang aus dem Hohlkörper (4) auf eine am Mitnehmer (1) angebrachte Mattscheibe (18) durch diesen Mitnehmer (1) hindurch geführt ist, und daß die Abbildungsoptik (7) bzw. deren Trägerkörper (8) an Hilfsführungsflächen im Hohlkörper (4) geführt ist.

2. Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Teilungsfläche des Glasmaßstabes (3) sowie an einer etwa rechtwinklig dazu liegenden Fläche des Hohlkörpers (4) der Trägerkörper (8) für die Abbildungsoptik (7) geführt ist, daß der im Bereich des Hohlkörpers (4) schlanke, vorzugsweise schwertförmig ausgebildete Mitnehmer (1) 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 ein Gehäuse (12) des Ablesegerätes verkörpert.

3. Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (8) für die Abbiktungsoptik (7) federnd gegen die Führungsflächen am Glasmaßstab (3) und Hohlkörper (4) gedrückt wird und sich an der Fiihrungsfläche des Glasmaßstabes (3) über Gleitschuhe (9), vorzugsweise aus Kunststoff, und an der Fiihrungsfläche 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) längsverschieblich befestigt ist.

5. Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (21) ini Gehäuse (12) des Mitnehmers (1) vorgesehen ist und daß der Beleuchtungsstrahlengang durch einen Durchbruch (23) im Mitnehmer (1) ins Innere des Hohlkörpers (4) geführt ist und im Hohlkörper (4) über Spiegel (27 und 28) umgelenkt ist, die an der der Abbildungsoptik (7) abgewandten Seile des Maßstabes (3) vorgesehen sind und von denen einer am schlanken Abschnitt des Mitnehmers (i) und der andere zusammen mit einem Kondensor (29) am rrciⁿcrkörⁿcr ^8} für die Abbildun°sonrik (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(ll)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) für 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 (S) für die Abbildur.gsoptik (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 gegen die Wirkung einer Feder (37) mittels eines Betätigungselementes (36) geringfügig verstellbar ist.

H). Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung als optimal vorjustierte Baueinheit ausgebildet ist.

11. Optische Meßeinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung des Maßstabes (3) zwischen den bezifferten Teilungsintervaiien noch unbezifferte Feinteilungen aufweist.