DD238938A1

DD238938A1 - OPTICALLY POSITIONABLE DEVICE

Info

Publication number: DD238938A1
Application number: DD27806985A
Authority: DD
Inventors: Werner Krieg; Johannes Moebius
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1985-07-01
Filing date: 1985-07-01
Publication date: 1986-09-10
Also published as: FR2584007A1; DE3611030A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optisch positionierbare Einrichtung fuer Taster, Werkstueck und Werkzeuge mit dem Ziel, die Genauigkeit fuer die Positionierung zu erhoehen. Aufgabe ist es, eine konstruktiv einfache, leicht handhabbare, genaue Einrichtung dazu zu schaffen. Im Gehaeuse der Einrichtung ist eine Zielmarke oder Empfaengeranordnung vorgesehen. Im Raum zwischen der Zielmarke und einem Projektionssystem oder Laser ist ein Abbildungssystem angeordnet, welches eine virtuell abgebildete Strichmarke auf die Zielmarke abbildet. Die Ebene, in der die Zielmarke liegt, besitzt von der bildseitigen Hauptebene des Abbildungssystems einen Abstand, der kleiner als oder gleich dessen bildseitiger Brennweite ist. Im Gehaeuse sind ferner optische Elemente zur Erzeugung eines Beobachtungsstrahlenganges vorgesehen.The invention relates to an optically positionable device for buttons, Werkstueck and tools with the aim to increase the accuracy for the positioning. The task is to create a structurally simple, easy to handle, accurate device to do so. In the housing of the device, a target or Empfaengeranordnung is provided. In the space between the target and a projection system or laser, an imaging system is arranged, which images a virtually imaged line mark on the target. The plane in which the target is located has a distance from the image-side main plane of the imaging system that is less than or equal to its image-side focal length. In the housing further optical elements for generating an observation beam path are provided.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betifft eine optisch positionierbare Einrichtung für Taster, Werkstücke und Werkzeuge an Meßgeräten und Werkzeugmaschinen, vorzugsweise zum Positionieren derselben an schwer zugänglichen Stelle und für Justiervorgänge an fluchtenden Teilen.The invention relates to an optically positionable device for probes, workpieces and tools on measuring instruments and machine tools, preferably for positioning the same in hard to reach place and for adjusting operations on aligned parts.

Characteristic of the known technical solutions

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.In the production process, it is often necessary to orient workpieces in alignment or to check their aligned position relative to each other. Alignment tests are often carried out optically with the aid of a sighting telescope and a target of a projection system, the target being observed through the telescopic sight.

Nachdem ATM — Blatt V 8224-16, Februar 1963, Seite 39 und Seite 40, kann auch ausder Okluarebene 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.After ATM sheet V 8224-16, February 1963, page 39 and page 40, a mark or stick figure can also be projected from the ocular plane of an escape telescope onto a target mark lying in the target. The measuring or adjusting device is thus located in or on the object to be fanned out. The disadvantage here is that the measuring point must be accessible and observable. When Nachfokussierung the Fluchtfernrohres occur misalignment of the alignment line.

Bei einem Fluchtfernrohr mit Kösterprisma 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.In an escape telescope with Kösterprisma the projected mark is reflected by a measuring object arranged on the concave mirror in the eyepiece of the telescope, the center of the concave mirror is located at the location of the projected aerial image of the brand. Although guide errors of focusing the telescope are avoided, but also here the area to be measured must be reached so that there the concave mirror can be arranged. The telescope itself is complicated by the additional arrangement of prisms.

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.From Feingerätetechnik 3 (1954), 6, pages 273-275, it is known to use a collimator to image an illuminated mark along the finish line. This image is viewed with the scope.

In der DE-OS 3226881 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.In DE-OS 3226881 a Justierhilfsmittel for aligning a mehrstelligen shaft bearing is described, wherein in a cylindrical socket a Strahllageempfindlicher sensor and means are for a display and the measurement plane is located inside or on the front surface of the socket. The illumination is effected by a laser arrangement, wherein the laser beam path represents the alignment line. However, if such a designed sensor z. B. connected to a tool or fitting for centering small holes, so occur even with small directional deviations comparator error. Satisfactory results when aligning parts or during the alignment test can be achieved with this arrangement only if the sensor can be arranged directly on or in the object to be measured, ie. H. the object must be accessible. It is also well known in the art to provide for precision alignment of tools and workpieces on machine tools a centering microscope, which z. B. is used in the tool cone of the machine for targeting target marks bearing centering inserts on the workpieces. Because of a supernatant of the targets, the comparator principle is also violated here, and misalignments are unavoidable.

Object of the invention

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.It is an object of the invention to eliminate the disadvantages of the prior art and to increase the accuracy of the positioning, in particular in scribing and probing operations by means of alignment meters and to expand the scope of such devices.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optisch positionierbare Einrichtung für Fluchtungs-, Antast- und Markierungsvorgängen 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.The invention has for its object to provide an optically positionable device for alignment, probing and marking operations and tasks on machines and equipment, which is structurally simple and easy to handle, and with high accuracy even on small, not or difficult to access Objects or object sites, the execution of alignment, probing and marking operations and tasks and an automation of setting operations largely possible.

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 Abbildungssystem 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 Abbildungssystem angeordnet sind.According to the invention, this object is achieved by an optically positionable device for probes, workpieces and tools, which comprises a housing in which a target mark or a photoelectric receiver arrangement is arranged and which can be attached in a laser or collimator beam path to the object to be measured or positioned, characterized in that in the housing in the space between the target or the receiver assembly and the projection system or laser, an optical imaging system is arranged such that the plane in which target or receiver arrangement are located, from the image-side main plane of the imaging system has a distance which is smaller than or equal to the image-side focal length, that further in the housing optical elements for generating an observation or scanning beam path are provided, and that interchangeably on the housing, the probing or the plane containing this on the test object or workpiece marking ode r are arranged at the Antastort or in the plane attachable arrangements in the image-side space of the imaging system.

Vorteilhaft ist es, daß die an das Gehäuse ansetzbaren Anordnungen Tastfinger, Werkzeuge, Zentrierzylinder und dergleichen sind.It is advantageous that the attachable to the housing arrangements Tastfinger, tools, centering and the like are.

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. Des weiteren 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.With the invention, a structurally simple, handy and versatile optically positionable device is created, with which especially alignment and marking and adjustment tasks can be solved even with small or hard to reach objects with great accuracy. Furthermore, with such devices in conjunction with alignment lasers, conventional projecting escape telescopes or other projection systems, these tasks can be accomplished in a very short time. Comparator errors are largely avoided.

field of use

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below by exemplary embodiments. In the accompanying drawing show:

Fig. 1: den optischen Grundaufbau der Einrichtung,1 shows the basic optical structure of the device,

Fig.2: Strahlengang und Abbildungsverhältnisse der Einrichtung,2: beam path and imaging conditions of the device,

Fig. 3: eine Einrichtung mit Zentrierscheibe,3 shows a device with centering,

Fig.4: eine Einrichtung mit Zentrierkugel,4 shows a device with centering ball,

Fig. 5: eine Einrichtung mit Zentrierzylinder und Anzeigeeinheit,5 shows a device with centering cylinder and display unit,

Fig. 6: eine Einrichtung mit Zentrierkegel undFig. 6: a device with centering cone and

Fig.7: einen Lichtleitkabelanschluß.Fig.7: a 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; T und Projektionssystem 1 ein optisches Abbildungssystem 8 angeordnet sind, wobei die Ebene E', in welcher die Zielmarke 7 liegt, vor der bildseitigen Hauptebene H' (Fig. 1) des Abbildungssystem 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 dargestellt) an das Gehäuse 6 angesetzt werden. Alle diese Anordnungen sind im bildseitigen Raum des Abbildungssystem 8 angeordnet und optisch nicht erreichbar.2 schematically shows an inventive optically positionable device and a projection system 1, which, inter alia, a light source 2, a bar mark 3; 3 'and one, this stroke mark 3 imaging optical system 4 includes. The device 5 comprises a housing 6, in which a target mark 7; 7 ', in the space between target 7; T and projection system 1, an optical imaging system 8 are arranged, wherein the plane E ', in which the target 7 is located, before the image-side main plane H' (Figure 1) of the imaging system 8 has a distance a ', which is smaller than the image-side focal length f is. On the housing 6, a button 9, (Fig.1), a centering 10 (Fig. 3) or a button 11 with Zentrierkugel 12 (Figure 4) or a centering cylinder 13 (Fig. 5) are attached to different Ausrichtaufgaben or To carry out measurements. Likewise, a grain device (not shown) can be attached to the housing 6. All of these arrangements are arranged in the image-side space of the imaging system 8 and optically unreachable.

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 Abbildungssystemes 8, also zwischen der dingseitigen Hauptebene H des Abbildungssystemes 8 und dem Kollimator 1, angeordnet ist.The device 5 also has optical elements, e.g. a beam splitter mirror 14, for generating an observation and / or scanning beam path 15, said mirror 14 in the dingseitigen space of the imaging system 8, ie between the dingseitigen main plane H of the imaging system 8 and the collimator 1, is arranged.

Wie in Figur 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 Abbildungssystem 8 befindlichen Raum in der Ebene E' am Bildort P' ab, wobei der Abstand a' der Ebene E' von der Hauptebene H' a' = ^{a +} f' und a der Abstand der Antastebene E vonAs shown in Figure 2 to illustrate the function of the device 5, the stroke mark 3 is virtually projected from the thing space in the image space by the projection system on the probing plane E, in which the touch point P, for example, the button 9 is located. The imaging system 8 of the device 5, which is inserted into the beam path, realizes the stroke mark 3 in the space located between the main plane H 'and the image-side focal point F' of the imaging system 8 in the plane E 'at the image location P', the distance a 'of the Plane E 'from the main plane H' a '= ^{a +} f' and a the distance of the probing plane E of

af der dingseitigen Hauptebene H des Abbildungssystems 8 sind. Derauf der optimalen Achse 16 liegende Antastpunkt P wirdaf the Ding-side main plane H of the imaging system 8 are. The probing point P lying on the optimal axis 16 becomes

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; T oder eines fotoelektrischen lageempfindlichen Sensors 17 (Fig. 5) kann also ermittelt werden, ob die mit dem Abbildungssystem 8 ausgerüstete Einrichtung 5fluchtend zum Antastpunkt P und dem Strahlengang des Projektionssystems 1 ausgerichtet ist oder nicht. Der Ausrichtzustand wird mit Hilfe des Beobachtungsstrahlenganges 15 angezeigt.again imaged on the optical axis 16 at the image location P '. This applies to beams which are directed in the ding room of the imaging system 8 to the touch point P. With the aid of the target mark 7 arranged at the image location P '; T or a photoelectric position-sensitive sensor 17 (FIG. 5) can thus be determined whether or not the device 8 equipped with the imaging system 8 is aligned with the point of contact P and the beam path of the projection system 1. The alignment state is displayed by means of the observation beam path 15.

In Fig.5 ist eine positionierbare Einrichtung dargestellten 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.In Figure 5 is a positionable device shown whose housing 6 next to the imaging system 8, a filter 20 for extraneous light suppression and instead of the target a position-sensitive photoelectric sensor 17 are arranged. On this sensor 17; 17 'is the imaging system 8, the stroke mark 3; 3 'shown. The alignment or set state e.g. of the centering cylinder 13 to be measured or aligned object 18 can be determined on a connected to the sensor 17 display unit 19. In this case, the combination of the imaging system 8 - photoelectric sensor 17 in addition to the error-avoiding geometric effect also allows an optimization of the photometric values for the display unit 19.

Bei der Einrichtung nach Fig.6istein 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.In the device according to FIG. 6, a shortened optical system with a deflecting mirror 21 arranged in the image-side space of the imaging system 8 is provided which deflects the light onto the sensor 22. It is arranged on the housing 23, a device 24, the sensor 22 in the probe plane E z. B. centered on the edge of a targeted bore 25 of a workpiece 26. The sighting of the target or the sensor 22 can be done with a centering microscope, not shown. To the housing 23 may also be provided at the image location P 'mehradriges Lichtleitkabel 27 (Figure 7) for signal diversion to highly visible locations.

Anstelle eines Projektionssystems kann auch ein Fluchtungslaser vorgesehen werden, dessen Lichtstrahl auch eine entsprechend ausgebildete Zielmarke oder auf einen fotoelektrischen lageempfindlichen Sensor gerichtet wird.Instead of a projection system, it is also possible to provide an alignment laser whose light beam is also directed to a correspondingly designed target mark or to a photoelectric position-sensitive sensor.

Claims

- 1 - ΔύΟ 3JÖ

Invention claim:

An optically positionable device for pushbuttons, workpieces and tools, comprising a housing in which a target mark or a photoelectric receiver arrangement is arranged, and which can be mounted in a laser or Kollimatorstrahlengang on the object to be measured or positioned, characterized in that in the housing in the space between the target mark or the receiver assembly and the projection system or laser, an optical imaging system is arranged such that the plane in which target mark or receiver array, from the image-side main plane of the imaging system has a distance which is less than or equal to the image side Focal length is,

in that further optical elements for generating an observation or scanning beam path are provided in the housing, and that interchangeable on the housing, the Antastort or the plane containing the measuring object or workpiece marking or attachable to the Antastort or in the plane arrangements arranged in the image-side space of the imaging system are.

2. Device according to claim 1, characterized in that the attachable to the housing requirements Tastfinger, tools, centering and the like.

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