CH390557A - Optische Vorrichtung zum genauen Einstellen und Ablesen der Verschiebungsgrösse des Schlittens einer Längenmesseinrichtung - Google Patents

Description

  
 



  Optische Vorrichtung zum genauen Einstellen und Ablesen der Verschiebungsgrösse des Schlittens einer   Längenlllesseinrichtung   
Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zum genauen Einstellen und Ablesen der Verschiebungsgrösse eines Schlittens einer Längenmesseinrichtung, z. B. Werkzeugmaschine, bei welcher ein Massstab sowie eine relativ zum Massstab verschiebbare Ablesevorrichtung vorgesehen ist und bei der optische Elemente einen Massstab ausschnitt auf die Strichplatte der Ablesevorrichtung projizieren.



   Will man bei derartigen Maschinen von Führungsfehlern freie Einstellwerte erhalten, dann müssen bekanntlich besondere Massnahmen getroffen werden.



   So ist es z. B. bekannt, Massstab und Messachse hintereinander anzuordnen, wodurch das Abbe'sche Komparatorprinzip erfüllt ist. Dies lässt sich jedoch nicht immer durchführen, weil dabei die Abmessungen der Maschine sehr gross werden; denn will man beispielsweise einen Massstab von 1 m Länge mit einem zweiten der gleichen Länge vergleichen, so muss allein der Massstabträger bereits 2 m lang sein.



  Da ausserdem während der Prüfung noch eine Verschiebung von 1 m erfolgt, beträgt die Gesamtlänge der Maschine mindestens 3 m.



   Dies wirkt sich noch ungünstiger beispielsweise bei Werkzeugmaschinen aus, wo die Verschiebungswege wesentlich über einen Meter hinausgehen.



   Aus diesem Grunde hat man bereits bei Längenmessmaschinen die   Hauptpunkteigenschaften    abbildender optischer Systeme ausgenutzt, vergleiche z. B.



   Taschenbuch der   Längenmesstechnik ,    1954, von Leinenweber, Seite 348. Es sind dort sowohl der Ambossschlitten als auch der Messschlitten mit gleichen optischen Systemen ausgestattet, zwischen denen paralleler Strahlengang herrscht und die die Massstabstriche einem Ablesemikroskop zuführen. Die Brennweiten f der beiden Systeme sind hierbei gleich dem Abstand des Massstabes von der Messachse (Pinolenachsen), und der vordere negative Knotenpunkt fällt in die Messachse. Bei dieser bekannten Maschine hat eine Schiefstellung des Systems durch ungenaue Führung nur sehr wenig Einfluss auf die genaue Ablesung des Massstabes. Diese Maschine verlangt jedoch einen grossen konstruktiven Aufwand, und es können mit ihr nur kleine Gesichtsfelder übertragen werden.

   Dadurch werden zumindest auf der Seite des Ablesemikroskops sehr fein geteilte Massstäbe notwendig, die aber mit genügender Genauigkeit nur sehr schwer herstellbar sind.



   Diese bekannte Einrichtung bedient sich sozusagen des Prinzips von Kollimator und Fernrohr, indem die Massstabstriche durch das eine optische System ins Unendliche abgebildet werden und durch das andere System gesammelt werden.



   Eine andere bekannte Einrichtung verwendet zum Vergleich zweier Messstrecken das Autokollimationsprinzip. Es werden hier die von den Massstabstrichen kommenden Strahlen durch ein erstes Objektiv parallel gerichtet und über einen senkrecht zur Schlittenführung fest angeordneten Spiegel zurückgeworfen, wonach sie in der Brennebene eines zweiten Objektivs gesammelt werden. Hier kompensiert der feststehende Spiegel Führungsfehler der Einrichtung, wenn der Abstand der Messebene von der Massstabebene gleich der doppelten Brennweite des ersten Objektivs gewählt wird. Diese Einrichtung hat den Nachteil, dass der Spiegel sehr weit von der Messstelle entfernt sein muss, damit man einen genügend grossen Verschiebeweg erhält. Deshalb erhält man nur ein sehr kleines Gesichtsfeld, worunter die Messgenauigkeit leidet.



   Bei Werkzeugmaschinen dagegen hat man sich bisher überhaupt noch nicht bemüht, die Auswirkung restlicher Führungsfehler zu beseitigen. Dies lag einerseits daran, dass der Einfluss derartiger Führungsfehler  verkannt wurde und anderseits, dass eine zufriedenstellende Lösung zur Beseitigung derartiger Fehler nicht bekannt war oder für unmöglich gehalten wurde.



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg anzugeben, wie die Auswirkung derartiger Führungsfehler in einfacher Weise bei den eingangs genannten Maschinen und Geräten beseitigt werden kann, ohne dass es hierfür eines besonders grossen optischen Aufwandes bedarf und die Messgenauigkeit leidet.



   Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, diese Mittel so universell auszubilden, dass sie - ganz gleich, bei welcher Maschine oder welchem Gerät  überall dort angewendet werden können, wo Führungsfehler falsche Massstabablesungen mit sich bringen.



   Diese Aufgabe - die überhaupt nur optisch lösbar ist - wird bei der Vorrichtung nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Abbildungsstrahlengang innerhalb des Messschlittens über zur Schlittenführung parallel liegende oder bewegte optische Elemente geführt ist, welche bei kleinen Neigungen des Schlittens infolge von Fehlern der Schlittenführung ihre Lage gegenüber der idealen Schlittenführung oder im Raum unverändert beibehalten und die durch die Neigung des Schlittens bewirkte Strahlen ablenkung kompensieren.



   Bei dieser Ausbildung können die ihre Lage beibehaltenden Elemente parallel zur Messrichtung schwingende Pendelglieder sein, wie sie auf einem anderen Gebiet der Technik, nämlich zum Zweck der Stabilisierung der Ziellinie in Nivellierinstrumenten, bereits angewendet werden.



   Es hat sich nämlich gezeigt, dass das seine Lage gegenüber der idealen Schlittenführung oder im Raum beibehaltende optische Element auch durch ein in der Maschine fest angeordnetes, zur Messrichtung paralleles Spiegellineal von etwa der Länge des Massstabes gebildet sein kann. Dieses Spiegellineal, welches im   Grundbett    der Maschine befestigt ist, behält zwangläufig seine Lage im Raum stets bei. Kippbewegungen, welche zu Messfehlern Anlass geben könnten, führen nur die mit dem Schlitten verschiebbaren Abbildungselemente aus. Diese werden jedoch durch das Spiegellineal kompensiert.



   Diese Elemente weisen die Nachteile des senkrecht zur Messrichtung angeordneten festen Spiegels bei der bekannten Einrichtung nicht auf, weil sie in unmittelbarer Nähe des Messortes und der Ablesevorrichtung angeordnet werden können.



   Will man kein derart langes Spiegelineal benutzen, dann kann man statt dessen auch einen in einer hochwertigen Führung parallel zum Massstab mit dem Schlitten verschiebbaren Spiegel verwenden.



   Selbstverständlich können bei Verwendung eines derartigen Elementes Messfehler durch Restfehler der Spiegelführung auftreten. Jedoch stehen diese Fehler in keinem Vergleich zu den Fehlern, welche durch schadhafte Führung für den Schlitten entstehen, weil die Kräfteverhältnisse in beiden Führungen ganz andere sind.



   Um jedoch von derartigen Führungsfehlern für den verschiebbaren Spiegel völlig frei zu kommen, kann man den Spiegel auf einem Wagen befestigen, welcher seinerseits nach Art einer Schwebebahn auf einem parallel zum Massstab ausgespannten Seil rollt.



   Hierbei kann das Seil ruhig durchhängen, weil sich vertikale Verlagerungen des Spiegels wegen seiner besonderen Anordnung nicht auf das Messergebnis auswirken. Wohl würden sich aber seitliche Verlagerungen der Spiegel im Messergebnis bemerkbar machen. Diese sind aber nicht möglich, weil jedes Seil stets in einer vertikalen Ebene durchhängt.



   Vorteilhaft ist das Seil in einem besonderen Träger eingespannt, damit seine Spannung nicht eine Deformation der Maschine bewirkt.



   Auch ein im Schlitten mitgeführter Quecksilberspiegel kann als Kompensationselement Anwendung finden.



   Bei einer Längenmessmaschine z. B., bei der ein fest angeordneter Massstab und ein mit dem Messschlitten verschiebbares Objektiv mit Ablesevorrichtung vorgesehen ist, ist vorteilhaft hinter dem Objektiv wenigstes ein die Lichtstrahlen schräg in Richtung auf den Massstab lenkender, mit dem Messschlitten verschiebbarer Spiegel vorgesehen, und die Lichtstrahlen treffen hier auf einen seine Lage beibehaltenden Spiegel, welcher die Lichtstrahlen über eine weitere Objektivlinse auf die Strichplatte der Ablesevorrichtung lenkt.



   Bei dieser Ausbildung kann der Massstab selbst als Spiegelfläche ausgebildet sein. Da er selbst fest ist, behält er auch stets seine Lage im Raum ein.



   Da man im allgemeinen jedoch den Massstab nicht als Spiegelfläche ausbilden wird, kann man hinter dem Objektiv einen die Lichtstrahlen seitlich versetzenden und die Lichtstrahlen schräg zum Massstab hin auf ein Spiegellineal projizierenden Winkelspiegel anordnen. Das Spiegellineal kann dann unmittelbar neben dem Massstab liegen.



   Auch hier besteht die Möglichkeit, das Spiegellineal durch einen in einer Führung verschiebbaren Spiegel zu ersetzen. Der Spiegel wird dann zusammen mit dem Messschlitten bewegt.



   Bei dieser Ausbildung ist der Massstab zweckmässigerweise im Abstand der Brennweite des Objektivs von diesem angeordnet. Ist der Abstand zwischen Massstab und Messachse ebenfalls gleich der Brennweite des Objektivs und befinden sich die Kompensationsmittel im parallelen Strahlengang, so tritt bei kleinen Kippungen des Messschlittens eine Winkelverdopplung am fest angeordneten Spiegellineal ein.



  Diese kann, wie bei Nivellierinstrumenten bekannt ist, durch ein galileisches System von 2facher Vergrösserung ausgeglichen werden oder aber einfacher dadurch, dass man die Entfernung zwischen der Messachse und dem Massstab gleich der doppelten Brennweite des Objektivs wählt, das den Massstab ins Unendliche abbildet.



   Diese fakultativen Kompensationsmittel eignen sich auch für den Fall, dass der Massstab und die Mess  achse in einer etwa horizontal liegenden Ebene angeordnet werden. Der in seine Lage beibehaltende Spiegel ist dann vorteilhaft längs einer Führung parallel zum Massstab respektive auf einem parallel zum Massstab gespannten Seil vertikal geführt.



   Die parallel aus dem ersten Objektiv tretenden Strahlen werden zweckmässig durch ein zweites Objektiv auf einer Strichplatte gesammelt. Auch dieses Objektiv lässt sich z. B. dazu benutzen, die auftretende Winkelverdopplung zu kompensieren. Hierzu kann das zweite Objektiv im Abstand seiner halben Brennweite von dem seine Lage beibehaltenden Spiegel angeordnet werden. Die Strichplatte selbst befindet sich vorteilhaft wieder in der Brennebene des zweiten Ob  Objektivs.    Der Abstand dieses zweiten Objektivs von dem seine Lage beibehaltenden Spiegel wird in der optischen Achse gemessen. Da sich bei kleinen Neigungen der Vorrichtung dieser Abstand etwas ändert, können hierdurch geringe Ungenauigkeiten in der Kompensation eintreten.



   Diese Ungenauigkeit kann mittels folgender vorteilhafter Anordnung vermieden werden. Der hinter dem   Abbildungsobj ektiv    angeordnete Spiegel lenkt die Lichtstrahlen etwa parallel zum Massstab, und zwischen dem zweiten Objektiv und der Strichplatte ist dann ein zur Kompensation der genannten Ungenauigkeiten in Messrichtung verschiebbarer Winkelspiegel vorgesehen, dessen eine Fläche die vom zweiten Objektiv kommenden Strahlen nahezu senkrecht auf den parallel zum Massstab angeordneten seine Lage beibehaltenden Spiegel lenkt und dessen zweiter Spiegel die in diesem Spiegel reflektierten Lichtstrahlen auf die Strichplatte wirft.



   Die für Längenmessmaschinen beschriebene Anordnung kann ohne weiteres auf Werkzeugmaschinen übertragen werden. Man braucht hierzu nur die Messachse mit der Bearbeitungsebene des Werkstükkes zu identifizieren und an den Stellen, wo es auf den genauen Abstand der Messachse von der Messebene ankommt, den genauen Abstand der Bearbeitungsebene von der Messebene einzuführen.



   Bei Werkzeugmaschinen ändert sich nun der Abstand der Bearbeitungsebene von der Messebene dann, wenn ein neues Werkstück beispielsweise mit einer anderen Höhe bearbeitet wird.



   Die dadurch auftretenden Fehler wurden bisher bei keiner bekannten Werkzeugmaschine beseitigt.



   Dies ist jedoch leicht dadurch möglich, dass man Mittel vorsieht, um den Abstand des genannten zweiten Objektivs von dem seine Lage beibehaltenden Spiegel zu ändern.



   Dies kann einmal dadurch geschehen, dass das zweite Objektiv und die Strichplatte in Lichtrichtung verschoben werden. Vorteilhafter ist es jedoch, den genannten Winkelspiegel parallel zur Messachse zu verschieben. Auch hierbei ändert sich der Abstand des zweiten Objektivs von dem seine Lage beibehaltenden Spiegel. Auch bei dieser Ausbildung ergibt sich die Möglichkeit, den Massstab und die Messachse in einer horizontal liegenden Ebene anzuordnen. In diesem Fall kann der seine Lage beibehaltende Spiegel wieder z. B. an einem Seil geführt sein.



   Die bisher beschriebenen fakultativen Mittel zur Kompensation von Führungsfehlern zeichneten sich sämtlichst dadurch aus, dass der seine Lage gegen über der idealen Schlittenführung beibehaltende Spiegel sozusagen mit dem Maschinenbett fest verbunden war.



   Selbstverständlich können, wie eingangs erwähnt, auch pendelnde optische Elemente anstelle des seine Lage gegenüber der idealen Schlittenführung beibehaltenden Spiegels vorgesehen sein. Auch kann statt dessen ein Quecksilberspiegel vorgesehen werden.



   Diese pendelnden optischen Elemente können Planspiegel sein. Es ist aber auch möglich, wenigstens eine pendelnde Linse zu verwenden, die mit wenigstens einer fest angeordneten Linse derart   zusammen    wirkt, dass die Pendellinse und die feste Linse in ihrer Nullstellung eine planparallele Platte bilden, beim Auswandern der Pendellinsen jedoch einen optischen Keil formen.



   Wendet man diese Mittel z. B. bei einer Werkzeugmaschine an, etwa bei einer Radialbohrmaschine, so ist zur Erzielung der Freiheit von Auswirkungen des Führungsfehlers der Massstab zweckmässig wieder im Abstand der Brennweite des Abbildungsobjektivs von diesem angeordnet, und der Abstand der Bearbeitungsebene vom Massstab ist ebenfalls gleich der Brennweite dieses Objektivs. Zwischen Massstab und Objektiv ist vorteilhaft ein fest angeordneter Planspiegel vorgesehen, und die pendelnden optischen Glieder sind hinter dem Objektiv im parallelen Strahlengang angeordnet.



   Zur Erzielung der Kompensation der Führungsfehler kann hinter dem Abbildungsobjektiv ein Winkelspiegel angeordnet sein, dessen eine Spiegelfläche um eine Achse quer zum Massstab drehbar ist.



   Selbstverständlich kann aber auch hier der Pendellinsenkompensator vorgesehen sein.



   Es ist weiterhin möglich, hinter dem Abbildungsobjektiv ein als Doppelpendel ausgebildetes Prisma mit einer Strahlen ablenkung von 1800 vorzusehen.



  Die Pendellänge ist dann gleich a/2, wenn a der Abstand des Massstabes von der Bearbeitungsebene ist.



  Diese letzte Ausbildung gibt die Möglichkeit, den Abstand der Arbeitsebene von der Messebene besonders einfach veränderlich auszubilden. Man braucht hierzu z. B. nur Mittel vorzusehen, um die Pendellängen zu ändern.



   Allen vorangegangenen Beispielen war gemein, dass Massstab, Messstück und die Kompensationsmittel (resp. ihre Bewegungen) zueinander parallel angeordnet und dass Massstab und Messstück einander wirkungsmässig (projektionsmässig) überlagert wurden.



   Besonders einfache Anwendungen der Erfindung ergeben sich, wenn man den Massstab und die Messebene mittels der ihre Lage beibehaltenden optischen Elemente virtuell überlagert.



   Als seine Lage beibehaltendes Element kann dann ein unter 450 gegen die Massstabebene und die Mess  ebene geneigter, parallel zum Massstab und zur Messebene liegender, etwa die Länge des Massstabes aufweisender Planspiegel dienen. Dieser Spiegel kann aber auch wieder ein ebenfalls unter 450 zum Massstab und zur Messebene geneigter, jedoch in einer Führung parallel zum Massstab und zur Messebene geführter Spiegel sein. Als Führung kann hier eine der Führungen, wie eingangs beschrieben, Verwendung finden.



   Zweckmässig sind Massstab und Messstück wieder starr über einen Träger miteinander verbunden, wobei dieser Träger gleichzeitig den seine Lage beibehaltenden Spiegel trägt oder führt. Das Betrachtungssystem dagegen ist wieder längs des Massstabes verschiebbar.



  Als Betrachtungssystem für den Massstab kann ein erstes Mikroskop dienen, dem die Strahlen über den seine Lage beibehaltenden Spiegel zugeführt werden.



  Für die Betrachtung des Messstückes kann ein zweites Mikroskop vorgesehen sein, welches dann mit dem ersten Mikroskop fest verbunden ist und dem die Lichtstrahlen über geeignete Spiegel zugeführt werden. Dabei sollen die Zielachsen beider Mikroskope fluchten.



   Bei einer Werkzeugmaschine, z. B. Bohrmaschine, wird dann das Werkzeug, nämlich der Bohrer, zweckmässig in der virtuellen optischen Achse hinter dem seine Lage beibehaltenden Element angeordnet. Als Betrachtungssystem ist dann nur das den Massstab beobachtende Mikroskop notwendig. Das zweite Mikroskop kann in diesem Falle fortfallen.



   In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der seine Lage beibehaltende Spiegel wieder unter 450 zum Massstab und zur Messebene geneigt. Er ist jetzt jedoch ein teildurchlässiger, zwischen den Hypotenusenflächen zweier rechtwinkliger Prismen eingebetteter Spiegel. In diesem Fall kann eine Kathetenfläche eines der rechtwinkligen Prismen den Massstab tragen. Ein hinter dieser Kathetenfläche angeordneter Planspiegel legt den Massstab virtuell hinter sich, und der teildurchlässige, unter 450 angeordnete Spiegel überlagert das virtuelle Bild des Massstabes mit der Messebene. Messebene und teildurchlässiger Spiegel, unter Umständen auch der Reflexionsspiegel, können wieder fest angeordnet sein.

   In diesem Fall ist dann die Betrachtungsoptik längs des Massstabes verschiebbar. Über den teildurchlässigen Spiegel kann bei dieser Ausbildung gleichzeitig ein Beleuchtungsstrahlengang eingespiegelt werden.



   Diese Ausbildung eignet sich auch dazu, Massstab und Messebene mittels Schrägeinblick zu betrachten.



   Hinter dem Massstab und zwischen teildurchlässiger Spiegelschicht und Messebene können Blenden angeordnet sein, mit denen wahlweise der Massstab oder die Messebene ausgeblendet wird.



   Die letztbeschriebenen Einrichtungen können wieder bei allen eingangs genannten Maschinen und Geräten Verwendung finden.



   Auf den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Längenmessmaschine,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 eine geänderte Ausbildung der Maschine nach Fig. 1,
Fig. 4 einen Querschnitt der Fig. 3,
Fig. 5 die optischen Teile zur Erläuterung der Wirkungsweise der Mittel nach den Fig. 1 bis 4,
Fig. 6 die Maschine nach Fig. 1 in geänderter Ausbildung,
Fig. 7 eine Radialbohrmaschine,
Fig. 8 die Draufsicht auf den Massstab nach Fig. 7,
Fig. 9 eine geänderte Ausführung der Maschine nach Fig. 7,
Fig. 10 eine weitere Radialbohrmaschine mit pendelndem Spiegel,
Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI der Fig. 10,
Fig. 12 die Radialbohrmaschine nach Fig. 10 mit geänderten Kompensationsmitteln,
Fig. 13 die Radialbohrmaschine nach Fig. 10 mit geänderten Kompensationsmitteln.



   Fig. 14 zeigt den optischen Aufbau eines Messgerätes, bei dem der Massstab und Messstück virtuell überlagert werden.



   Fig. 15 zeigt den optischen Aufbau einer Bohrmaschine, bei der ebenfalls Massstab und Bearbeitungsstück virtuell überlagert werden.



   Fig. 16 zeigt die virtuelle Überlagerung von Massstab und Messobjekt durch einen teildurchlässigen Spiegel in einem Messmikroskop mit Tubusverschiebung.



   Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, wird ein auszumessendes Werkstück 110 zwischen die Pinole 111 eines Ambosses 112 und die Pinole 113 eines Messschlittens 114 eingespannt. Die Pinole 113 steht unter der Wirkung einer Feder 115, deren Vorspannung durch eine Schraube 116 eingestellt werden kann.



   Mit dem Maschinenbett 117 ist ein Massstab 118 fest verbunden. Im Messschlitten 114 ist eine Ablesevorrichtung angeordnet, welche die in der optischen Achse eines Objektivs 119 erscheinenden Teile des Massstabes 118 in das Ablesefenster 120 abbilden.



  Der Abbildungsstrahlengang ist über einen Winkelspiegel 121, einen Planspiegel 122 und ein Spiegellineal 123 geführt. Der Massstab 118 ist im Abstand der Brennweite   f1    des Objektivs 119 angeordnet. Die Abbildungsstrahlen werden durch eine Objektivlinse 124 im Ablesefenster 120 gesammelt.



   Im Ablesefenster 120 befindet sich eine Marke oder ein Ableserechen. Aus der relativen Lage des abgebildeten Massstabstriches des Massstabes 118 zu dieser Marke oder in diesem Rechen kann auf die Verschiebungsgrösse geschlossen werden.



   Der Kopf der Ablesevorrichtung 125 kann beispielsweise wie in der Vorrichtung nach dem deutschen Gebrauchsmuster   Nr. 1 736 318    ausgebildet sein.  



   Der Messschlitten 114 ist in einer Führung 117 verschiebbar.



   Die beschriebene Strahlenführung ist vorgesehen, um Führungsfehler, welche z. B. eine Kippung des Messschlittens 114 bewirken würden, auszugleichen.



  Hierdurch würde eine andere Stelle des Massstabes 118 in das Ablesefenster 120 abgebildet werden. Dadurch, dass jetzt die Strahlen über das raumfeste Spiegellineal 123 gelenkt werden, wird eine Führungsfehlerkompensation erreicht.



   Die Fig. 3 und 4 zeigen die Längenmessmaschine nach den Fig. 1 und 2 mit einer Abwandlung. Anstelle des Spiegellineals 123 ist hier ein Planspiegel 130 vorgesehen. Der Planspiegel 130 ist auf einem Wagen 131 befestigt, der mittels vier Rollen 132, 133, 134 und 135 auf einer Führung 136 rollt. Der Wagen 131 ist mit dem Messschlitten 114 verbunden.



  Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist dieselbe wie nach den Fig. 1 und 2. Auch hier werden die vom Massstab 118 kommenden Lichtstrahlen durch den Winkelspiegel 121 seitlich versetzt und auf den Spiegel 130 geworfen, von wo aus sie über das Objektiv 124 in das Ablesefenster 120 projiziert werden.



  Bei Verschiebung des Messschlittens 114 behält der Spiegel 130 stets seine Lage im Raum bei, sofern nur die Führung 136 genügend genau ausgebildet ist.



   In den Fig. 1 bis 4 ist die mit 126 bezeichnete Messachse im Abstand der doppelten Brennweite des Objektivs 119 von diesem angeordnet. Dieser Abstand gewährleistet, dass bei Kippungen des Schlittens 114 durch das Spiegellineal 123 oder den Spiegel 130 die Strahlenabweichung kompensiert wird.



   Fig. 5 zeigt noch einmal die optischen Bedingungen der Beispiele nach den Fig. 1 bis 4. Der Massstab 118, der hier der Einfachheit halber zugleich das Spiegellineal 123 verkörpert, ist im Abstand der Brennweite   J1    von der Linse 119 angeordnet. Die Messachse 126 ist im Abstand der doppelten Brennweite vom Massstab angeordnet. Durch diese Anordnung wird die sonst auftretende Winkelverdopplung im Reflexionspunkt R ausgeglichen.



   Die Fig. 6 zeigt ein geändertes Ausführungsbeispiel der Maschine nach Fig. 1. Die Messachse 126 liegt mit dem Massstab 118 in einer etwa horizontalen Ebene. Das Objektiv 119 bildet über einen Planspiegel 170 den Massstabstrich M über einen Spiegel 171 ins Unendliche ab. Der Spiegel 171 hängt jetzt mittels zweier Rollen 172 und 173 auf einem Seil 174. Sämtliche Teile 119, 170, 171, 124 und so fort sind mit dem Messschlitten 114 verschiebbar. Die Seilführung gewährleistet für den Spiegel 171 wieder, dass der Spiegel 171 mit Bezug auf den Kompensationsstrahlengang stets seine Lage im Raum beibehält.



  Durchhang des Seiles fällt hier ebenfalls nicht ins Gewicht. Das Objektiv 124 erzeugt ein reelles Bild M' des Massstabstriches M.



   Die Fig. 7 und 8 zeigen die Anwendung der Erfindung auf eine Radialbohrmaschine.



   Die Striche des Massstabes 180 werden wieder durch ein Objektiv 181, einen Winkelspiegel 182 und ein Objektiv 183 über das Spiegellineal 184 in das Ablesefenster 120 der Ablesevorrichtung projiziert.



   Im Gegensatz zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel ist hier das Objektiv 183 zwischen Winkelspie   gel 82 und Spiegellineal 184 im Abstand der halben Brennweite f2 des Objektivs 183 von diesem an2 2    geordnet. Die Strichplatte 120 befindet sich nach wie vor in der Brennebene des Objektivs 183. Diese Ausbildung bedingt, dass sowohl das Objektiv 181 als auch die Spitze des Bohrers 185 im Abstand der Objektivbrennweite   f1    von dem Massstab 180 entfernt    angeordnet werden. Der Abstand 22 des Objektivs
2    183 vom Spiegellineal ist nun nicht immer leicht einzustellen, insbesondere kann er sich geringfügig ändern, wenn der Werkzeugträger 186 in seiner Führung 187 Kippbewegungen ausführt.



   In Fig. 9 ist eine Lösung dargestellt, welche den    Abstand f2 leichter einhalten lässt und gleichzeitig
2    eine Variation des Abstandes a ermöglicht. Das Objektiv 181 ist wieder im Abstand der Brennweite   fj    vom Massstab 180 angeordnet. Der Winkelspiegel 182 ist jedoch durch einen Planspiegel 200 ersetzt, welcher die Lichtstrahlen etwa parallel zum Massstab lenkt. Hinter dem Objektiv 183 ist ein Winkelspiegel 201 mit den Spiegelflächen 202 und 203 vorgesehen.



  Die Spiegelneigung ist derart gewählt, dass die vom Objektiv 183 kommenden Lichtstrahlen annähernd senkrecht auf das Spiegellineal 184, welches in Fig. 9 der Einfachheit halber mit dem Massstab 180 gleichgesetzt ist, fallen. Sie werden hier reflektiert und fallen auf die zweite Spiegelfläche 203, welche sie nunmehr wieder   etwa    parallel zum Massstab 180 auf die Strichplatte 120 lenkt.



   Selbstverständlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht an die einzelnen hier behandelten Maschinentypen gebunden, sondern sie können überall dort angewendet werden, wo es auf die Kompensation von Führungsfehlern ankommt.



   Die vorher beschriebenen Beispiele hatten alle gemein, dass das der Kompensation dienende seine Lage beibehaltende Element entweder durch ein mit dem Maschinengrundkörper verbundenes Spiegellineal gebildet wurde oder durch ein in einer Ebene geführtes, mit dem verschiebbaren Maschinenteil verbundenes Element.



   Die nachfolgenden Beispiele zeigen, dass die Erfindung nicht an diese Elemente gebunden ist, sondern dass anstelle der genannten Elemente auch unter der Wirkung der Schwerkraft stehende pendelnde Glieder resp. ein Quecksilberspiegel verwendet werden können.



   Die Fig. 10 bis 13 zeigen die Verwendung pendelnder optischer Elemente bei einer Radialbohrmaschine, beispielsweise entsprechend der Fig. 7.



  In den Fig. 10 und 11 werden die Striche eines Massstabes 412 über einen Spiegel 413 einem Objektiv 414 zugeführt. Nach Verlassen des Objektivs 414  treffen sie auf zwei Spiegeln 415 und 416. Beide Spiegel zusammen wirken als Winkelspiegel. Der Spiegel 416 ist um eine Achse C-C, welche quer zum Massstab liegt, unter der Wirkung der Schwerkraft schwenkbar. Nach Verlassen des Winkelspiegels 415, 416 werden die Lichtstrahlen über einen Spiegel 417 auf die Strichplatte 418 der Ablesevorrichtung geworfen. Die Strichplatte 418 wird durch eine Lupe 419 betrachtet.



   Das Objektiv 414 ist im Abstand seiner Brennweite   fi    vom Massstab 412 angeordnet. Die Spitze des Bohrers hat ebenfalls den Abstand   J5    vom Massstab.



  Bei Neigung des Werkzeugträgers 420 infolge eines Fehlers seiner Führung 421 kompensiert der pendelnd gelagerte Spiegel 416 die dadurch bedingte Strahlenablenkung, so dass der abgebildete Massstabstrich nach wie vor an dieselbe Stelle der Strichplatte 418 fällt.



   In der Fig. 12 ist der pendelnde Spiegel 415 durch eine pendelnde Linse ersetzt worden.



   In Fig. 13 werden die vom Massstab 440 kommenden Lichtstrahlen zunächst in ein Prisma 441 gelenkt, wo sie um 1800 aus ihrer Richtung abgelenkt werden. Sie treten dann in ein an einem Doppelpendel 447, 448 aufgehängtes rechtwinkliges Prisma 442, welches sie erneut um 1800 ablenkt. Unmittelbar hinter dem Prisma 442 ist das Abbildungsobjektiv 443 angeordnet. Eine zweite Objektivlinse 444 sammelt die Lichtstrahlen nach Reflexion an einem Spiegel 445 in der Brennebene des Ablesekopfes 446. Ist der Arbeitsabstand, das heisst also der Abstand der Spitze des Bohrers 449 vom Massstab 440 gleich a, dann muss die Länge der Pendelarme 447, 448 gleich a/2 sein, damit die Kompensation gewährleistet ist.



   Hier ergibt sich die Möglichkeit, den Arbeitsabstand a durch Verändern der Pendellängen zu variieren, indem man die Fäden 447 und 448 durch eine höhenverstellbare Platte mit engen Bohrungen führt.



   Fig. 14 zeigt ein Messgerät, bei dem der Massstab 450 und das Messstück 451 durch einen mit dem Grundkörper 452 fest verbundenen Spiegel 453 virtuell überlagert werden. Der Spiegel 453 hat etwa die Länge des zu prüfenden Objektes. Wie man aus Fig. 14 erkennt, wird der Messpunkt M durch den Spiegel 453 in den Messpunkt M' abgebildet. Der Massstab 450 wird durch ein verschiebbares Mikroskop 454 betrachtet. Das Messstück 451 wird durch ein zweites Mikroskop 455 beobachtet. Die vom Messstück 451 ausgehenden Lichtstrahlen werden über Spiegel 456 und 457 dem Mikroskop 455 zugeführt.



  Die beiden Mikroskope sind so zusammengebaut, dass ihre Zielachsen fluchten.



   Fig. 15 zeigt die Anwendung desselben Prinzips der virtuellen   Uberlagerung    von Massstab und Messobjekt bei einer Bohrmaschine. Der Massstab 460 ist wieder im Bett 461 der Maschine angeordnet, ebenso das Messobjekt 462. Der Massstab 460 wird über den raumfesten Spiegel 463 einem Messmikroskop 464 zugeführt. Das Messmikroskop 464 ist mit dem Bohrer 465 zusammen in einer Führung 466 verschiebbar.

 

  Der Bohrer 465 ist derart angeordnet, dass seine Achse in die virtuelle optische Achse 467 hinter dem Spiegel 463 fällt. Bei dieser Anordnung ist gewährleistet, dass die Bohrspitze stets genau massstabgerecht im Messobjekt einsetzt.



   Fig. 16 zeigt ein Messmikroskop mit Tubusverschiebung. Das auszumessende Werkstück 470 liegt auf einem festen Ständer 471. Mit diesem festen Ständer ist der raumfeste Spiegel 472 verbunden, der jetzt teildurchlässig ist. Der Spiegel 472 ist zwischen rechtw 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Optische Vorrichtung zum genauen Einstellen und Ablesen der Verschiebungsgrösse eines Schlittens einer Längenmesseinricbtung, bei der ein Massstab im festen Teil und eine Ablesevorrichtung im verschiebbaren Teil der Einrichtung, oder umgekehrt, vorgesehen ist und bei der optische Elemente einen Massstabausschnitt auf die Strichplatte der Ablesevorrichtung projizieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbildungsstrahlengang über zur Schlittenführung parallel liegende oder bewegte optische Elemente geführt ist, welche bei kleinen Neigungen des Schlittens infolge von Fehlern der Schlittenführung ihre Lage gegen über der idealen Schlittenführung oder im Raum unverändert beibehalten und die durch die Neigung des Schlittens bewirkte Strahlenablenkung kompensieren.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Optische Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das seine Lage gegen über der idealen Schlittenführung beibehaltende op tische Element ein parallel zum Massstab fest angeordnetes Spiegellineal von der Länge des Massstabes ist.

   2. Optische Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das seine Lage gegen über der idealen Schlittenführung beibehaltende optische Element ein in einer parallel zum Massstab liegenden Führung mit dem Schlitten verschiebbarer Spiegel ist.

   3. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der verschiebbare Spiegel auf einem mit dem Schlitten verbundenen Wagen angeordnet ist, der seinerseits auf einem parallel zum Massstab ausgespannten Seil rollt.

   4. Optische Vorrichtung nach den Unteransprüchen 1 oder 2, an einer Längenmessvorrichtung, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung, dass die von dem im Maschinenbett der Längenmessvorrichtung fest angeordnete Massstab kommenden Lichtstrahlen durch ein Objektiv über die ihre ortsfeste Lage beibehaltenden Elemente auf die Strichplatte der mit dem Messschlitten verbundenen Ablesevorrichtung projiziert werden.

   5. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Objektiv wenigstens ein die Lichtstrahlen schräg in Richtung auf den Massstab lenkender, mit dem Messschlitten verschiebbarer Spiegel vorgesehen ist und die Lichtstrahlen hier auf den seine Lage stets beibehaltenden Spiegel treffen, welcher die Lichtstrahlen über eine weitere Objektivlinse auf die Strichplatte lenkt.

   6. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Massstab selbst als Spiegelfläche ausgebildet ist.

   7. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der hinter dem Objektiv angeordnete Spiegel ein die Lichtstrahlen seitlich versetzender Winkelspiegel ist und der seine Lage beibehaltende Spiegel ein parallel zum Massstab liegendes Spiegellineal etwa von der Länge des Massstabes ist.

   8. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Massstab im Abstand der Brennweite des Objektivs von diesem angeordnet ist und der Abstand der Messachse vom Massstab gleich der doppelten Brennweite dieses Objektivs ist.

   9. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Massstab und die Messachse in einer praktisch horizontalen Ebene angeordnet sind und der seine Lage beibehaltende, auf einem parallel zum Massstab gespannten Seil geführte Spiegel vertikal angeordnet ist.

   10. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mit dem Schlitten (Werkzeugträger oder Werkstückträger) verbundenen Umlenkspiegel und dem seine ortsfeste Lage beibehaltenden Spiegel ein zweites Objektiv im Abstand seiner halben Brennweite von diesem Spiegel angeordnet ist und dass sich die Strichplatte der Ablesevorrichtung in der Brennebene dieses Objektivs befindet.

   11. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der hinter dem Abbildungsobjektiv vorgesehene Spiegel so angeordnet ist, dass er die Lichtstrahlen etwa parallel zum Massstab lenkt und dass zwischen dem zweiten Objektiv und der Strichplatte ein Winkelspiegel vorgesehen ist, dessen eine Fläche die von dem zweiten Objektiv kommenden Strahlen nahezu senkrecht auf den parallel zum Massstab angeordneten, seine Lage beibehaltenden Spiegel lenkt, und seine andere Spiegelfläche die in diesem Spiegel reflektierten Lichtstrahlen auf die Strichplatte wirft.

   12. Optische Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die ihre Lage gegenüber der idealen Schlittenführung beibehaltenden optischen Elemente durch pendelnde optische Elemente gebildet sind.

   13. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 12, gekennzeichnet durch pendelnd gelagerte Planspiegel.

   14. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 12, in Verbindung mit einer Werkzeugmaschine, z. B. einer Radialbohrmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Massstab im Brennpunkt des Abbildungsobjektivs angeordnet ist und der Abstand der Bearbeitungsebene von der Massstabebene ebenfalls gleich der Brennweite dieses Objektivs ist, dass zwischen Massstab und Objektiv ein fest angeordneter Planspiegel vorgesehen ist und die pendelnden optischen Glieder hinter dem Abbildungsobjektiv im parallelen Strahlengang vorgesehen sind.

   15. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Abbildungsobjektiv ein Winkelspiegel angeordnet ist, dessen eine Spiegelfläche um eine Achse quer zur Massstabrichtung pendeln kann.

   16. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Abbildungsobjektiv wenigstens ein Linsenpaar vorgesehen ist, von dem eine Linse ortsfest und die andere pendelnd gelagert ist, derart, dass bei Auswanderung der pendelnden Linse die Linsen des Paares einen optischen Keil bilden.

   17. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Abbildungsobjektiv ein als Doppelpendel ausgebildetes Prisma mit einer Strahlenablenkung von 1800 vorgesehen ist und dass die Pendellänge gleich a/2 ist, wenn a der Abstand des Massstabes von der Bearbeitungsebene ist.

   18. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendellänge zur Erzielung verschiedener Arbeitsabstände a einstellbar ausgebildet ist.

   19. Optische Vorrichtung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die ihre Lage gegenüber der idealen Schlittenführung oder im Raum beibehaltenden optischen Elemente den Massstab und die Messebene virtuell überlagern.

   20. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das seine Lage beibehaltende optische Element ein unter 450 gegen die Messebene und die Massstabebene, parallel zum Massstab und zur Messebene liegender, etwa die Länge des Massstabes aufweisender Planspiegel ist.

   21. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das seine Lage beibehaltende optische Element ein unter 450 gegen die Messebene und den Massstab geneigter, parallel zum Massstab und zur Messebene liegender, in einer Führung verschiebbarer Planspiegel ist.

   22. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch ein relativ zum Massstab verschiebbares erstes Mikroskop, mit dem über den seine Lage beibehaltenden Spiegel der Massstab betrachtet wird, und ein zweites mit dem ersten Mikroskop verbundenes Mikroskop, mit dem über Umlenkorgane das Messstück betrachtet wird, sowie durch eine starre Verbindung zwischen Massstab und Messstück.

   23. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielachsen beider Mikroskope fluchten.

   24. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelfläche teildurchlässig ist und zwischen den Hypotenusenflächen zweier rechtwinkliger Prismen eingebettet ist, dass eine Kathetenfläche eines Prismas den Massstab trägt und dass ein Spiegel hinter dieser Fläche im halben Abstand der Messfläche von der teildurchlässigen Fläche angeordnet ist.

   25. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 24, gekennzeichnet durch Blenden, welche wahlweise den Massstab oder die Messebene ausblenden.

   26. Optische Vorrichtung nach Unteranspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der hinter dem Massstab angeordnete Spiegel in seinem Abstand vom Massstab einstellbar ist.

   PATENTANSPRUCH II Verwendung der optischen Vorrichtung nach Unteranspruch 20 in einer Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug der Werkzeugmaschine in der virtuellen optischen Achse hinter dem seine Lage beibehaltenden Spiegel der optischen Vorrichtung angeordnet ist.

   UNTERANSPRUCH 27. Verwendung der optischen Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine eine Bohrmaschine und das Werkzeug ein Bohrer ist.