DE1264076B

DE1264076B - Photoelektrische Vergleichsvorrichtung zur Pruefung der Masshaltigkeit von Werkstuecken

Info

Publication number: DE1264076B
Application number: DE1961S0077012
Authority: DE
Inventors: Winfried Piepenbrink; Erwin Sick
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-12-06
Filing date: 1961-12-06
Publication date: 1968-03-21

Description

Photoelektrische Vergleichsvorrichtung zur Prüfung der Maßhaltigkeit von Werkstücken Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Vergleichsvorrichtung zur Prüfung der Maßhaltigkeit von Werkstücken, bei welcher ein mit Durchbrüchen versehener oder profilierter Prüfling mit der optischen Abbildung eines Vergleichsnormals zur Deckung gebracht wird und bei der über dem Prüfling ein das vom Prüfling reflektierte Licht auffangender photoelektrischer Empfänger angeordnet ist.
Es ist eine lichtelektrische Prüfeinrichtung bekannt, bei der ein Prüfling und ein die Sollmaße aufweisendes Werkstück (Meisterstück) gleichzeitig und gleichphasig unter je einer Schlitzblende bewegt werden, durch welche je ein auf eine Photozelle gelenktes Lichtbündel fällt (deutsche Patentschrift 867757).
Aus der Gleichheit der auf die Photozelle treffenden Lichtströme wird auf die Maßhaltigkeit des Prüflings geschlossen. Eine solche Vorrichtung erfordert eine relativ lange Prüfzeit und einen erheblichen technischen Aufwand, da der Prüfling und das Meisterstück in zwei Koordinaten relativ zu den abtastenden Lichtstrahlen mit großer Genauigkeit bewegt werden müssen.
Es ist ferner bekannt, zur Prüfung von profilierten Körpern, die mit Bohrungen oder Durchbrüchen versehen sind, ein Vergleichsnormal in Form einer Schablone, die ein Negativ des Prüflings darstellt, auf diese zu projizieren (deutsche Patentschrift 603 117).
Ist der Prüfling zu klein oder eine Bohrung zu groß, so fällt Licht auf eine hinter dem Prüfling angeordnete Photozelle und löst ein Signal aus. Auf diese Weise können nur Fehler festgestellt werden, die in einem Fehlen von Material bestehen, d. h. zu kleine Werkstücke oder zu große Bohrungen. Da die Feststellung sogenannter positiver Fehler, d. h. zu große Werkstücke bzw. fehlende oder zu kleine Bohrungen, mindestens ebenso wichtig ist, wurde weiterhin bereits vorgeschlagen, statt einer Negativschablone eine Schablone zu verwenden, die lediglich die Umrißkonturen in Form eines durchsichtigen Streifens von der Breite des Toleranzgewichtes aufweist.
Dieser Streifen ist so bemessen, daß die Hälfte des Lichtes am Prüfling vorbei bzw. durch diesen hindurch tritt und auf die erwähnte Photozelle fällt. Der andere Teil des Lichtes wird vom Prüfling reflektiert und fällt auf eine über ihm angeordnete Zelle. Ist der Prüfling zu groß, so erhält die obere Zelle mehr Licht, in anderen Fall die untere Zelle. Aus dem Gleichgewicht der Photoströme wird auf die Maßhaltigkeit des Prüflings geschlossen.
Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß negative Meßfehler an einer Stelle durch positive Fehler an anderer Stelle kompensiert werden und kein Fehler angezeigt wird. Ist beispielsweise ein Loch um weniger als die Hälfte des Durchmessers verbohrt, so fällt mehr noch etwa gleich viel Licht durch dieses Loch wie auf seinen Rand. Es ist also keine eindeutige Feststellung positiver Fehler möglich.
Es ist ferner eine Anordnung bekannt, bei welcher ein die Sollmaße aufweisendes Werkstück als Vergleichsnormal dient und auf den Prüfling als Schatten optisch abgebildet wird. Dabei handelt es sich aber um einen rein visuell arbeitenden Profilprojektor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer photoelektrisch arbeitenden statischen Vergleichsvorrichtung die Feststellung positiver Fehler in eindeutiger Weise zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Vergleichsnormal zur Abbildung in der Prüflingsebene als Schatten ein die Sollmaße aufweisendes Werkstück (10) (Meisterstück) dient und daß, in Richtung des Strahlenganges gesehen, hinter der Prüflingsebene lichtschluckende Elemente (35) angeordnet sind.
Durch »positive« Fehler des Werkstückes wird dann Licht von den nicht abgeschatteten Partien auf die Photozelle reflektiert. Die an sich bekannten lichtschluckenden Mittel sorgen dagegen dafür, daß das an dem Werkstück vorbeifallende Licht nicht an Geräteteilen reflektiert wird und auf den photoelektrischen Empfänger gelangen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und im folgenden beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vergleichsvorrichtung; F i g. 2 zeigt ein Beispiel eines Prüflings und Meisterstückes, und F i g. 3 und 4 zeigen zwei Arten von Blendenscheiben, welche bei der erfindungsgemäßen Anordnung Verwendung finden können; F i g. 5 veranschaulicht den benutzten telezentrischen Strahlengang.
Mit 10 ist ein Meisterstück bezeichnet, welches, wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, von einer Scheibe mit vier Löchern 11 bis 14 gebildet wird. Ein Prüfling 15 besteht aus einer Scheibe, die genau gleich dem Meisterstück sein soll, aber bei dem dargestellten Beispiel nur drei Löcher 12', 13' und 14' besitzt. Loch llL' fehlt. Das soll durch die Photozelle angezeigt werden.
Zu diesem Zweck wird das Meisterstück von einer Lampe 16 durchleuchtet. Die Wendel der Lampe 16 wird durch eine Linse 17 bei 18 abgebildet. In dieser Bildebene rotiert eine Lochscheibe 19 um die Achse 21, so daß das Lichtbündel periodisch unterbrochen wird. Das Lampenbild 18 liegt im Brennpunkt eines Objektivs 22, so daß paralleles Licht auf das Meisterstück 10 und durch dieses hindurchfällt.
Das Meisterstück 10 liegt in der Brennebene eines Objektivs 23. Der Prüfling 15 liegt in der Brennebene eines zweiten Objektivs 24. Die beiden anderen Brennebenen der Objektive 23 und 24 fallen in einer Ebene 26 zusammen, und in dieser Ebene ist eine Blende mit einer engen Apertur 27 angeordnet.
Auf diese Weise wird das Meisterstück 10 auf den Prüfling 15 abgebildet. Durch die Anordnung der Objektive 23 und 24 und der Blende 27 wird erreicht, daß diese Abbildung mit einer sehr kleinen Apertur erfolgt, so daß sich eine große Tiefenschärfe ergibt und Lagen- oder Dickenunterschiede der Vergleichsobjekte keine Schwierigkeiten bereiten. In Fig. 5 sind diese Verhältnisse für einen Punkt des Meisterstückes 10 veranschaulicht. Man sieht daraus, daß die Blende 27 als Aperturblende für die Abbildung wirkt und daß der Öfinungswinkel des abbildenden Strahlenbündels 28 noch wesentlich kleiner ist als in F i g. 5 eingezeichnet ist. Dadurch, daß das Meisterstück mit parallelem Licht angestrahlt wird, wird aber erreicht, daß trotz der kleinen Apertur praktisch kein Licht verlorengeht, weil ja die Parallelstrahlen im Brennpunkt, also im Zentrum der Blende 27 gesammelt werden. Von der Blende werden somit praktisch nur gestreute oder gebeugte Strahlen ausgeblendet.
Der Strahlengang wird zwischen den Objektiven 23 und 24 über bildumkehrende Mittel in Gestalt eines Dachkantprismas 29 und einen Planspiegel 31 geleitet. Dadurch wird außerdem erreicht, daß Prüfling 15 und Meisterstück 10 in einer Ebene nebeneinanderliegen können. Zwischen dem Objektiv 24 und dem Prüfling 15 ist ein geneigter teildurchlässiger Spiegel 32 angeordnet, welcher das von dem Prüfling reflektierte Licht über eine Sammellinse 33 auf eine Photozelle 34 leitet.
Hinter dem Prüfling 15 sind lichtschluckende Mittel 35 angeordnet. Ebenso sind lichtschluckende Mittel 36 von der Photozelle 34 aus gesehen hinter dem Spiegel 32 angeordnet. Dadurch soll verhindert werden, daß etwa von der Gehäusewandung oder sonstigen Teilen Licht auf die Photozelle geleitet wird.
Die Photozelle steuert über einen auf die Frequenz des Unterbrechers 19 abgestimmten Verstärker 37 geeignete Mittel 38, durch welche der Fehler ange- zeigt oder das ungeeignete Stück automatisch ausgeschieden wird.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende: Das Meisterstück 10 wird in der beschriebenen Weise auf den Prüfling abgebildet. Die Löcher lt bis 14 erzeugen dort jeweils helle Lichtflecke. Dort, wo auch im Prüfling 15 entsprechende Löcher 12', 13', 1d' vorhanden sind, gehen die abbildenden Strahlen gerade durch die Löcher hindurch und werden von den lichtschluckenden Mitteln absorbiert. Wo aber ein Loch fehlt (11'), erfolgt eine Reflexion an der Oberfläche des Prüflings, das Licht wird durch den teildurchlässigen Spiegel 32 umgelenkt und fällt auf die Photozelle 34. Da mit intermittierendem Licht gearbeitet wird (Lochscheibe 19), liefert die Photozelle ein Wechselstromsignal, welches über den Verstärker 37 die Vorrichtung 38 zum Ansprechen bringt.
Durch Streuung und Beugung könnte nun, wenn man zur gleichen Zeit das gesamte Meisterstück 10 auf den Prüfling abbildet, trotz allem ein gewisser Störpegel von intermittierendem Licht an der Photozelle wirksam werden, in welchem der Einfluß kleiner Löcher unter Umständen untergehen könnte. Um das zu vermeiden, kann vor dem Meisterstück 10 eine Blende 39 langsam rotieren, welche mit Schlitzen 41 (F i g. 4) oder Löchern 42 (F i g. 3) versehen ist, so daß die Vergleichsobjekte 10, 15 strich- oder punktweise abgetastet werden. Gegenüber der jeweils betrachteten Fläche fällt dann der Einfluß selbst kleiner Löcher schon wesentlich stärker ins Gewicht. An die Präzision dieser Blende 39 werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung jedoch keine hohen Anforderungen gestellt.

Claims

Patentanspruch: Photoelektrische Vergleichsvorrichtung zur Prüfung der Maßhaltigkeit von Werkstücken, bei welcher ein mit Durchbrüchen versehener oder profilierter Prüfling mit der optischen Abbildung eines Vergleichsnormals zur Deckung gebracht wird und bei der über dem Prüfling ein das vom Prüfling reflektierte Licht auffangender photoelektrischer Empfänger angeordnet ist, d a -durch gekennzeichnet, daß als Vergleichsnormal zur Abbildung in der Prüflingsebene als Schatten ein die Sollmaße aufweisendes Werkstück (10) (Meisterstück) dient und daß, in Richtung des Strahlenganges gesehen, hinter der Prüflingsebene lichtschluckende Elemente (35) angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 928 978, 867757, 806606, 628201, 603117; USA.-Patentschriften Nr. 3 003 064, 2 481 310, 2 433 559, 2 415 178, 2 332 308; Firmendruckschrift 80-2, VnI/57, FY, »Optische Feinmeßgeräte« S. 57/58, der Firma Ernst Leitz GmbH.; Zeitschrift »Werkstatt und Betrieb«, 86. Jahrgang, 1953, H. 8, S. 407/408.