DE3611030A1

DE3611030A1 - Optisch positionierbare einrichtung

Info

Publication number: DE3611030A1
Application number: DE19863611030
Authority: DE
Inventors: Werner Krieg; Johannes Dipl Ing Moebius
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1985-07-01
Filing date: 1986-04-02
Publication date: 1987-01-08
Also published as: FR2584007A1; DD238938A1

Description

Die Erfindung betrifft eine optisch positionierbare Einrichtung für Taster, Werkstücke und Werkzeuge an Meßgeräten und Werkzeugmaschinen, vorzugsweise zum Positionieren derselben an schwer zugänglichen Stellen und für Justiervorgänge an fluchtenden Teilen.

Im Produktionsprozeß ist es häufig notwendig, Werkstücke fluchtend zu orientieren oder auf ihre fluchtende Lage relativ zueinander hin zu prüfen. Fluchtungsprüfungen werden vielfach optisch mit Hilfe eines Fluchtfernrohres und einer Zielmarke eines Projektionssystems durchgeführt, wobei die Zielmarke durch das Zielfernrohr beobachtet wird.

Nach dem ATM-Blatt V 8224-16, Februar 1963, Seite 39 und Seite 40, kann auch aus der Okularebene eines Fluchtfernrohres eine Marke oder Strichfigur auf eine im Ziel liegende Zielmarke projeziert werden. Die Meß- oder Einstelleinrichtung befindet sich also im oder am auszufluchtenden Objekt. Nachteilig ist hierbei, daß die Meßstelle zugänglich und beobachtbar sein muß. Bei der Nachfokussierung des Fluchtfernrohres treten Versetzungsfehler der Fluchtlinie auf.

Bei einem Fluchtfernrohr mit Köstersprisma wird die projezierte Marke von einem am Meßobjekt angeordneten Hohlspiegel in die Okularebene des Fernrohres zurückgeworfen, wobei der Mittelpunkt des Hohlspiegels an der Stelle des projezierten Luftbildes der Marke liegt. Führungsfehler der Fokussierung des Fernrohres werden zwar vermieden, doch muß auch hier die anzumessende Stelle erreichbar sein, damit dort der Hohlspiegel angeordnet werden kann. Das Fernrohr selbst ist durch die zusätzliche Anordnung von Prismen kompliziert aufgebaut.

Aus Feingerätetechnik 3 (1954), 6, Seiten 273-275, ist es bekannt, mit Hilfe eines Kollimators eine beleuchtete Marke entlang der Ziellinie abzubilden. Dieses Bild wird mit dem Fluchtfernrohr betrachtet.

In der DE-OS 32 26 881 ist ein Justierhilfsmittel zum Ausfluchten einer mehrstelligen Wellenlagerung beschrieben, wobei sich in einer zylindrischen Buchse ein strahllageempfindlicher Sensor und Mittel für eine Anzeige befinden und die Meßebene im Inneren oder auf der Vorderfläche der Buchse liegt. Die Beleuchtung erfolgt durch eine Laseranordnung, wobei der Laserstrahlengang die Fluchtlinie darstellt. Wird jedoch ein derartig gestalteter Sensor z. B. mit einem Werkzeug oder Paßstück zum Zentrieren kleiner Bohrungen verbunden, so treten bereits bei kleinen Richtungsabweichungen Komparatorfehler auf. Befriedigende Ergebnisse beim Ausfluchten von Teilen oder bei der Fluchtungsprüfung sind mit dieser Anordnung nur dann zu erzielen, wenn der Sensor direkt am oder im zu vermessenden Objekt anordenbar ist, d. h. das Objekt muß zugänglich sein.

Es ist ferner allgemein bekannter Stand der Technik, für Präzisionsausrichtungen von Werkzeugen und Werkstücken auf Werkzeugmaschinen ein Zentriermikroskop vorzusehen, welches z. B. im Werkzeugkegel der Maschine zum Anvisieren von Zielmarken tragenden Zentriereinsätzen an den Werkstücken eingesetzt ist. Wegen eines Überstandes der Zielmarken wird auch hier das Komparatorprinzip verletzt, und Fluchtungsfehler sind nicht vermeidbar.

Es ist Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und die Genauigkeit der Positionierung, insbesondere bei Anreiß- und Antastvorgängen, mittels Fluchtungsmeßgeräten zu erhöhen und den Anwendungsbereich solcher Geräte zu erweitern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optisch positionierbare Einrichtung für Fluchtungs-, Antast- und Markierungsvorgänge und -aufgaben an Maschinen und Geräten zu schaffen, welche konstruktiv einfach aufgebaut und leicht handhabbar ist und mit hoher Genauigkeit auch an kleinen, nicht oder schwer zugänglichen Objekten oder Objektstellen die Ausführung von Fluchtungs-, Antast- und Markierungsvorgängen und -aufgaben und eine Automatisierbarkeit von Einstellvorgängen weitestgehend ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine optisch positionierbare Einrichtung für Taster, Werkstücke und Werkzeuge, die ein Gehäuse umfaßt, in welchem eine Zielmarke oder eine fotoelektrische Empfängeranordnung angeordnet ist, und die in einem Laser- oder Kollimatorstrahlengang am zu vermessenden oder zu positionierenden Objekt anbringbar ist, dadurch gelöst, daß im Gehäuse im Raum zwischen der Zielmarke oder der Empfängeranordnung und dem Projektionssystem oder Laser ein optisches Abbildungssystem derart angeordnet ist, daß die Ebene, in welcher Zielmarke oder Empfängeranordnung liegen, von der bildseitigen Hauptebene des Abbildungssystems einen Abstand besitzt, der kleiner als oder gleich dessen bildseitiger Brennweite ist, daß ferner im Gehäuse optische Elemente zur Erzeugung eines Beobachtungs- oder Abtaststrahlenganges vorgesehen sind, und daß auswechselbar am Gehäuse, den Antastort oder die diesen beinhaltende Ebene am Meßobjekt oder Werkstück markierende oder an den Antastort oder in dessen Ebene ansetzbare Anordnungen im bildseitigen Raum des Abbildungssystems angeordnet sind.

Vorteilhaft ist es, daß die an das Gehäuse ansetzbaren Anordnungen Tastfinger, Werkzeuge, Zentrierzylinder und dergleichen sind.

Mit der Erfindung wird eine konstruktiv einfache, handliche und vielseitig einsetzbare optisch positionierbare Einrichtung geschaffen, mit welcher vor allem Fluchtungs- und Markierungs- sowie Einstellungsaufgaben auch an kleinen oder schwer zugänglichen Objekten mit großer Genauigkeit gelöst werden können. Desweiteren können mit derartigen Einrichtungen in Verbindung mit Fluchtungslasern, herkömmlichen projizierenden Fluchtfernrohren oder sonstigen Projektionssystemen diese Aufgaben in kürzester Zeit erledigt werden. Komparatorfehler werden weitestgehend vermieden.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den optischen Grundaufbau der Einrichtung,

Fig. 2 Strahlengang und Abbildungsverhältnisse der Einrichtung,

Fig. 3 eine Einrichtung mit Zentrierscheibe,

Fig. 4 eine Einrichtung mit Zentrierkugel,

Fig. 5 eine Einrichtung mit Zentrierzylinder und Anzeigeeinheit,

Fig. 6 eine Einrichtung mit Zentrierkegel und

Fig. 7 einen Lichtleitkabelanschluß.

Fig. 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße, optisch positionierbare Einrichtung und ein Projektionssystem 1, welches u. a. eine Lichtquelle 2, eine Strichmarke 3; 3′ und ein, diese Strichmarke 3 abbildendes optisches System 4 umfaßt. Die Einrichtung 5 umfaßt ein Gehäuse 6, in welchem eine Zielmarke 7; 7′, im Raum zwischen Zielmarke 7; 7′ und Projektionssystem 1 ein optisches Abbildungssystem 8 angeordnet sind, wobei die Ebene E′, in welcher die Zielmarke 7 liegt, von der bildseitigen Hauptebene H′ (Fig. 1) des Abbildungssystems 8 einen Abstand a′ besitzt, der kleiner als dessen bildseitige Brennweite f′ ist. Am Gehäuse 6 können ein Taster 9, (Fig. 1), eine Zentrierscheibe 10 (Fig. 3) oder ein Taster 11 mit Zentrierkugel 12 (Fig. 4) oder ein Zentrierzylinder 13 (Fig. 5) angesetzt werden, um verschiedene Ausrichtaufgaben oder Messungen ausführen zu können. Ebenso kann eine Körnervorrichtung (nicht dagestellt) an das Gehäuse 6 angesetzt werden. Alle diese Anordnungen sind im bildseitigen Raum des Abbildungssystems 8 angeordnet und optisch nicht erreichbar.

Die Einrichtung 5 besitzt ferner optische Elemente, z. B. einen Strahlerteilerspiegel 14, zur Erzeugung eines Beobachtungs- und/oder Abtaststrahlenganges 15, wobei dieser Spiegel 14 im dingseitigen Raum des Abbildungssystems 8, also zwischen der dingseitigen Hauptebene H des Abbildungssystemes 8 und dem Kollimator 1, angeordnet ist.

Wie in Fig. 2 zur Veranschaulichung der Funktion der Einrichtung 5 dargestellt, wird die Strichmarke 3 virtuell aus dem Dingraum in den Bildraum durch das Projektionssystem auf die Antastebene E projiziert, in welcher der Antastpunkt P, z. B. des Tasters 9 liegt. Das in den Strahlengang eingefügte Abbildungssystem 8 der Einrichtung 5 bildet die Strichmarke 3 reell in den zwischen der Hauptebene H′ und dem bildseitigen Brennpunkt F′ des Abbildungssystems 8 befindlichen Raum in der Ebene E′ am Bildort P′ ab, wobei der Abstand a′ der Ebene E′ von der Hauptebene H′ a′ = und a der Abstand der Antastebene E von der dingseitigen Hauptebene H des Abbildungssystems 8 sind. Der auf der optischen Achse 16 liegende Antastpunkt P wird wiederum auf der optischen Achse 16 am Bildort P′ abgebildet. Diese gilt für Strahlen, die im Dingraum des Abbildungssystems 8 auf den Antastpunkt P gerichtet sind. Mit Hilfe der am Bildort P′ angeordneten Zielmarke 7;7′ oder eines fotoelektrischen lageempfindlichen Sensors 17 (Fig. 5) kann also ermittelt werden, ob die mit dem Abbildungssystem 8 ausgerüstete Einrichtung 5 fluchtend zum Antastpunkt P und dem Strahlengang des Projektionssystems 1 ausgerichtet ist oder nicht. Der Ausrichtzustand wird mit Hilfe des Beobachtungsstrahlenganges 15 angezeigt.

In Fig. 5 ist eine positionierbare Einrichtung dargestellt, in deren Gehäuse 6 neben dem Abbildungssystem 8 ein Filter 20 zur Fremdlichtunterdrückung und anstelle der Zielmarke ein lageempfindlicher fotoelektrischer Sensor 17 angeordnet sind. Auf diesem Sensor 17;17′ wird durch das Abbildungssystem 8 die Strichmarke 3;3′ abgebildet. Der Ausricht- oder Einstellzustand z. B. des Zentrierzylinders 13 zum zu vermessenden oder auszurichtenden Objekt 18 kann an einer mit dem Sensor 17 verbundenen Anzeigeeinheit 19 ermittelt werden. Dabei gestattet die Kombination Abbildungssystem 8 - fotoelektrischer Sensor 17 neben der fehlervermeidenden geometrischen Wirkung auch eine Optimierung der lichttechnischen Werte zur Anzeigeeinheit 19.

Bei der Einrichtung nach Fig. 6 ist ein verkürztes optisches System mit einem im bildseitigen Raum des Abbildungssystems 8 angeordneten Umlenkspiegel 21 vorhanden, der das Licht auf den Sensor 22 umlenkt. Es ist am Gehäuse 23 eine Vorrichtung 24 angeordnet, die den Sensor 22 in der Antastebene E z. B. nach der Kante einer anzuvisierenden Bohrung 25 eines Werkstückes 26 zentriert. Das Anvisieren der Zielmarke oder des Sensors 22 kann mit einem nicht dargestellten Zentriermikroskop erfolgen.

An das Gehäuse 23 kann auch ein am Bildort P′ angesetztes mehradriges Lichtleitkabel 27 (Fig. 7) zur Signalumleitung an gut sichtbare Orte vorgesehen werden.

Anstelle eines Projektionssystems kann auch ein Fluchtungslaser vorgesehen werden, dessen Lichtstrahl auf eine entsprechend ausgebildete Zielmarke oder auf einen fotoelektrischen lageempfindlichen Sensor gerichtet wird.

Claims

1. Optisch positionierbare Einrichtung für Taster, Werkstücke und Werkzeuge, die ein Gehäuse umfaßt, in welchem eine Zielmarke oder eine fotoelektrische Empfängeranordnung angeordnet ist, und die in einem Laser- oder Kollimatorstrahlengang am zu vermessenden oder zu positionierenden Objekt anbringbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß im Gehäuse in Raum zwischen der Zielmarke oder der Empfängeranordnung und dem Projektionssystem oder Laser ein optisches Abbildungssystem derart angeordnet ist, daß die Ebene, in welcher Zielmarke oder Empfängeranordnung liegen, von der bildseitigen Hauptebene des Abbildungssystemes einen Abstand besitzt, der kleiner als oder gleich dessen bildseitiger Brennweite ist,
daß ferner im Gehäuse optische Elemente zur Erzeugung eines Beobachtungs- oder Abtaststrahlenganges vorgesehen sind, und daß auswechselbar am Gehäuse, den Antastort oder die diesen beinhaltende Ebene am Meßobjekt oder Werkstück markierende oder an den Antastort oder in dessen Ebene ansetzbare Anordnungen im bildseitigen Raum des Abbildungssystemes angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an das Gehäuse ansetzbaren Anordnungen Tastfinger, Werkzeuge, Zentrierzylinder und dergleichen sind.