DEL0000231MA - Mikroskopisches Meßverfahren und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein mikroskopisches Meßverfahren, bei dem mit einer der Meßschneidengenauigkeit entsprechenden Genauigkeit ein iießmilcroskop bzw· eine mit diesem Eischaniseh fest verbundene Meßinarke in einen unveränderlichen und reproduzierbaren Abstand zu der is-leßf lache gebracht wird« Dies erfolgt durch Projektion einer Schneide auf. die Meßfläeshe und die Beobachtung dieses Schneidenbildes im Mikroskop derart_t daß die Achsen des Beobachtungs- und des Abbildangastrahl-eaganges einen endlichen Winkel miteinander einschließen«

Bie optische Anordnung zur Durchführung des erfindangsgemäSen Meßverfahrens ist ähnlich deiii Schmaltz- liaütsehriittraikroskop oder egg*srjjoh—a-±&e4-sss·» Das Wesentliche des Erfindungs— gedanlcens besteht c&rin, dai3 die in der Beobachtungsebene erzeugten Spate- bzw« Schneidenbilder parallel zu sich S3 itlieh verschoben erscheinen,wenn die au meaQende Ebene verschieden® Abstände in Hichtung der Instrumentenaoh.se von einer am Instrument angebrachten Marke hat. Hierdurch ist es ermöglicht, den Abstand der Meßebene von der Instraräentenmarke in sehr genauer V/eise einzustellen und dies au "genaues; en. Distances sangen zu.

verwenden.

Das erfindungsgeniäße Meßverfahren ersielt die besten -Ergebnisse bei kratzerfreien, d.h. optisch -polierten Iueßflächen. 1st die Ließfläche geschliffen, wie dies z.E. bei der G-ewindemessung der lall ist-, so überlagert sich der Einstellung das Profilüild naeh Schmaltz* Inan muß dann entscheiden, ob man die Porfilspitsen, den Profilgrund oder eine Swischenebene als Sießebene benützen 7»ill. Die5ist jedoch gegenüber den bekannten Leßverfahren kein 'Tactt-cAl. ^ie dixi-üL dse Profii'bild fcici:i erfreuende

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Unsicherheit in der Wahl des JJinstellarigsortes ist nämlich nicht optisch ■ du.roH die Vorrichtung, sondern mechanisch durch das auszuniessende 'werkstück bedingt« Ist aber ein solches Profil vorhanden₅ so ist es für eine genaue kessung besser, wenn es beobachtet-und in die Messung eingesogen wird, als wenn es durch das Leßiuittel überhaupt nicht bstechtet werden e Bei einer mechanischen Lessung, bspw· mit einer.iueß-

kugel, findet infolge des L.eMruckes eine plastische Verfor-

werden inung der KeSfIJiehe statt, so daß hler in keinem Falle gesa kann, ob man an der Profilspitze oder am Profilgrund mißt« Bei der Durchlichtbeobaclitung von Außengewinden im Profil— mikroskop treten die Oberflächenrauhigkeiten deshalb nicht in Erscheinung5 weil infolge der geringen Beleuohtungsapertur ßtet über einen endlichen l'iefenbereieh beobachtet wird, wodurch die Beobachtung ungenauer als die Prufiltief-e der Oberflächenstruktur wird. Auch bei der Ivies sung von Außengewinden mit mechanischen Leßschneiden, v/o bei venigstens eine "bestimmte Meßebene berücksichtigt wird„ erhält xuan Ireine Auskunft darüber, an welcher Stelle des Schleifprofils nun exakt gemessen wird, da tieferliegende Schichten des Gewindes ebenfalls zur Schattenbildung beitragen·

Einzelheiten d. es Verfahrens und seiner optisch mechanischen Hilfsmittel seien anhand der Zeichnung näher erläuterte Es . seigern

Fig. 1 eine schematische Ansicht der optischen Anordnung

zur Durchführung des keßvsrfahrens, Pig* 2a-c das Spalt- bzw· Schneideoiiild in verschiedenen

M e ß s t e llurigen,

Fig«, 3 ein Ivießmikroskop zxr Durchführung des Verfahrens, mit Objektiv und Beleuchtungseinrichtung im Schnitt,

Figo 4 eine Anordnung von z?-?ei Mikroskopen aux Anwendung des Verfahrens für Innenmessungen,

Fig· 5 eine schematisohe Übersicht über die optisahgeouietrischen Verhältsnisse bei der Anwendung des Verfahrens für Inneni'iessangen mit zwei Mikro

skopen ,

Fig« 6 eine Anordnung gemäß Fig* 4 für Innenmessungen in Senklöchern«

Eine beleuchtete Schneide 1 „ gemäß i^ig. 1. beispielsweise als Sr»alt dargestellt, wird über ein totalreflektierendes Prisma 2 vom Objektiv 3 in der ließebene B soharf abgebildet. Das Bild der Schneidenkante, das senkrecht zur Zeichenebene verläuft, liegt bei A. DiesesSöhneidenbild A wird durch &η linken Objektivteil als Hellfeldbild in A^f abgebildet, ?/o eSj a«B_e auf einer Mattscheibe aufgefangen oder daroh ein nicht dargestelltes — Okalar beobaohtetwerden kann® Die Blende 4 dient zur exakten Trennung von Projektions- und s trahlangang ·

Tersohiebt man die l£.eßebene E ud^ einen kleinen Betrag nach onten_# a#B» nach E^, so wandert das Schneidenbild A nach A-äas Zwisehgnbild A' nach A.¹» Nähert man dis Bießebene

^ z.E. in Stellang E₂, so wandert das Sohneidenbild A nach Apf das Zwischenbild A' nach AJ-«LIaη erreicht demnach dar oh Verechiebang der F.eßeberie in ^ichtang der Objektivachse ein ϊ/andern des Sehnaidenbildee A^? aaf der kattscheibe oder in der Okalar- Strichplattenebene derart _f daß zu jeder Lage des Ssaneid-enbildes A^s eine bestimmter und 2"ester Abstand der MeBefeeiffi E vom Mikroskopobjektiv 3-and damit von einer üiachanisau fesi mit desu Objektiv verbundenen Jueßmarke-gehßrt® Bildet man bspw» die Okalar- Strichplatte 5 derart aus, daß

eine Gesiehtshälfte ganz hell, die andere ganz dunkel ist, wobei die Trennungskante Hell-Dunkel parallel zum Schneiden— bild A' liegt, so ergeben sich gtmäß Fig. 2 bei der VerStellung der Meßebene E., über E nach E„ folgende Bilder:

In der Stellang E₁ ist das Bild A^¹ der üchneidenkante im hellen Teil des Gesichtsfeldes voll sichtbar (Fig*2a)„ ^ie hier gezeichnete aweite Snaltkante zwischen Schneidenkante and Hell- Dunkel- Grenze der Striohplatte ist an eich nicht nötig. Es kann vielmehr zwischen Schneidenlcante and dunklem Teil der Strichplatte volle Helligkeit herrschen.

In der Stellang E hat sich das Bild A.¹ der bohneicLenkante der Hellfeldgrenae der Strichplatte 5 so weit genähert, (Pii>2b)_? daß zwischen beiden eine Beugungsereoheinung, ähnlich derjenigen der Ikeßschneiden, stattfindet, die gegebenenfalls eine über das Auflösungsvermögen des Liikroskopes hinausgehende Genauigkeit der ü ins te llung ermöglicht« Voraussetzung ist hierfür gute chroniatiDche Korrektur der gesagten Or>tik_s beim Objektiv auch der Sr>härencljronasie und₉ den lichtverhiiltnissen entsprechend, möglichst einfarbiges licht. In der Stellung E₂ ist das Bild Ap-¹ der Schneidenlcante im dunklen Teil der strich— platte 5 verschwunden (Fig.2c). iian kann anstelle der hiar angegebenen Strichplatte eine andere wählen, SiB* fur symmetrische Ausrichtung dea Sohneidenbildes eine mit svei strichen·

Fig« 3 zeigt eine zweckmäßige ^usführungeforiu. der Anordnung, bei der zur Erzielung eines bequemen Einblicks der Beobachtungsstrahlengang durch das totalrefImitierende "'risma 2 abgeknickt ist, während der "^bbil dungs strahlengang für aie Lc'ineide 1 un~ geknickt da?οIi c■£öhr-fe—äe#i,

Die Attildangs— und r.eobaobtuncseini'ichtung für die Schneide 1 besteht in« wesentlichen aus tier Licht;quelle 6„ dem Kollektor 7

zur Ausleuchtung der Schneidenebe,ne_s wobei in dessen labe .zweckmäßig ein Farbfilter angeordnet ist_? einem achromatischen System 8,» das zusammen mit dem auch für Sandstrahlen, farblich korrigierten Objektiv 3 die Abbildung der Schneide 1 auf der MeSebene E, and zwar senkrecht zur 'Zeiehenebens, bewirkt« Die Ton der Meß ebene E Kommenden, vom Objektiv 3 aufgenommenen ___ Beobaohtuuige strahl en werden dann durch das ^risma 2 mmt{Ok\xLs3l· ^u €&*" ^reflektiert». Zwischen Prisma 2 und Objektiv 3 ist die Blende 4 angeordnet«

gewisse 2ur Durchführung c&e Meßverfahrens für/ Innenmessungen sind gemäß

* 4 swei Mikroskope in bestimmter Lage gegeneinander einstellbar angeordnet« Die in westjxtliohen aas den-Objektiven "5_f den Okulartuben 9 und den BeleacIitiingstuLben 10 bestehenden. Meßmi— kroskope sind auf Haltern 11 gegeneinander einstellbar und entlang Führungen 12 schwenkbar befestigt_o iun Mikroskop sind Strichiuarken M angebraoht_t die senkrecht zur Ob.iefetivaehse stehen» Das su iuessende Werkstück W ißt mit Innengewinde versehen und an seinen Stirnflächen senkreoht zur Gewindeachse plangeschliffen. Plankenwinkel, Dicke, /uxßen- und G-e?</iiid©durchmesser des Werkstückes W sind bekannte Das Werkstück wird sur Messung auf einen_T nicht dargestellten-- Objekttisch gebracht, der in Richtung der Gewindeachse meßbar verstellt*werden kann«, Die Keßaikroskope sind sweolcmäßig auf dem - nicht dirges teilt en-Unterschlitten eines Meßkomparators angeordnet, der senkrecht zur Gewindeachae meßbar verstellt werden kann. Die Anordnung der Meßmikroskor.e erfolgt dabei derart, daßi

1, die beiden A chse.n der Leßmikroslsope senkrecht auf zwei einander gegenüberliegenden Gewindeflanlcen ausgerichtet sind,
2» die Beobachtung im Aohsenschnitt erfolgt*

Duxeli, Verschieben der beiden Meßmikroskope in Eleh.tang cfcr op-■tischen Achsen ihrer Objektiv®. erfolgt die Schnei deneins teilung der "beiden, anvisierten Planken» die .im vorstehenden beschrieben wurde· Es können hierbei zwei Abweichungen eintreten«

Ä« Die Plankenwinkel sind nipht exakt beim Schleifen eingehal"-ten» Dies bemerkt man durch Verschieben der Meßmikroskope in einer exakten Führung senkrecht zur optischen Achse IHrer Objektive« Die Gewindeflanke nähert, sich im Falle der Abweichung des Flankenwinkels vom Sollwert dem Objektiv«, oder sie entfernt -sich von ihm₉ was sich jeweils in einer Verschiebung dee Sdfcneidenbildes -auswirkt. Gegebenenfalls erkennt man die Abweichung auoh bereits durch einen Lichtkeil zwischen Hell- Dunkel-- Grenze der Okularstrichplatte und dem Sehne idenzv/isehenb'ild, da ja das Schneidenbild auf der Gewindeflanke in der Seichenebene liegt. Beim Auftreten.

derartiger Abweichungen müssen die Mikroskope um den ^urchstoßpunkt der öbjektivaehse durch die Gewindeflanke geschwenkt werden, was mit Hilfe der Führungen 12 meßbar zur Feststellung der Abweichung geschehen kann,

B, Die Einstellung fand nicht im Aohsenaohnitt statt=. Liegen beide iiikroekope ζΓΚτ/^Γ^ΐβϊ, bo entfernt sieh beiSn Heben der ,Mikroskope die Flanke voei Objektiv so lange _f bis der Ächsenschnitt erreicht ist. Bei nooh weiterem Heben nähert sich die Flanke wieder .dem Objektive Die Ermittlung der größtmöglichen Entfernung von Ge?;indeflanke and Objektiv ergibt äsmnaoh die exakte Einstellung des Achsensclinittee. Nachdem diese Biiist-dllungen durchgeführt wurden,, empfiehlt es aich_s beide nochmals za. wiederholen,

Von den drei geforderten Messungen Ist di$ eine unter A bereits durchgeführt. Die Messung eier Gev/indeSteigung ist mit nur einem

Mikroskop durchführbar derart, daß bei festnähendem Mikroskop der Werkstück- JLeßtisoli in dichtung aer Gewin&eaohee verstaut wird, wobei die Schneideneinstellung an zwei aufeinanderfolgenden Gewinde flanlcen durchgeführt wird« Die Groß® der Verstellung ergibt direkt die Gewindesteigung, ^urch geeignete schlanke Bauweise des Objelctivvorderteiles ist dafür zu. sorgen, daß diese Bewegung ohne Behinderung möglich ist.

Zur !-es sung dss PlankendurchiuesserB werden die auf den läi slropkörpern angebrachten beiden karken 1ύ "beiiiitzt, di© senkreoht auf den Objektivachsen, 2Lh_e parallel au den Schneiden— bildern stehen, ihr Abstand von dem jeweiligen Schneidenbild sei p„ Dann ergibt sich der Plankendurohmesser gemäß Fig* 5 ähnlich der Sehne i de rme υ sung mit Hilfe zweier Einstellniikroskope, die aur J)eckung mit den 6trichmarken je eine Strichplatte mit sehr;-lggestellten strich enthalten«

lach Fig» 5 sind E^ und Pg die anvisierten Gewindeflanken _r d ist der Flankendurchuiesser des Gewindes. Im senkrechten Abstand ρ von P^ _{and p}^ befinden sich die au I₁ und ^₂ parallelen karken IU- und IvJp, Die beiden Einstellmikroskope sind parallel zueinander derart angeordnet, daß ihre Achsen durch eine Gerade parallel zur Gewindeaohse stoßen* Die parallel au den ^iuarken I/L und E„ gerissenen Strichplatten dieser -^install— mikroskope liegen dann bei I^ und H₂. I%ch Pig, 5 müssen die Achsen der beiden Einstellmiliroakope den Abstand 2poos f haben, wenn f der halbe Flankenv.dnkel des Ger/indes ist» Dieser Abstand ist exakt eirususieLlen,, da er für die ih

Durch Yerschieben des Unterschlittens des Koiaparators, der daa su untersuchende Werkstück sowie die beiden Schneidenmilrroskope trägt, senkrecht zur Ge',.indeachse, kann uan erst die ι arke L·

mit der strichplatte IL und dann die üarke In ißit der ötriohplatte EL ^zar Deckung bringen« Der Abstand dieser beiden Sin-Stellungen betrageι

D = D₁ +D₂

woraus sich der Flanke ndurchraess er d al si

d = D + 2 ρ sin f

ergibt« Der Ausdruck 2 ρ sin Ψ ist eine für gleich© JPlankenwinkel unveränderliche Gerätekonctante® $ill man diese Konstant umgehen, so maß man ρ = 0 machen, d*h« man mußfcdie Strichmarken

I. genau über dan anvisierten Gewinde flanken* d_ah. über dem Gcüneidenbild auf dein Objekt anbringen«, Man spart in diesem Fall ein SinstellmiKroskop mit schräger Strichplatte* Es sei noch b'jsondors betont, dal] dis beiden Schneidenmikroalcope an jeder Gtelle <hs Achsenschnittes der betreffenden Gewinde— flanlcen angesetzt werden können^ ohne daß bei dem beschriebenen Leßverfahren eine Änderung im Ergebnis eintritt»

Eine Anordnung zur κ es sang eines einseitig geschlossenen G-ewiiidekörpers mit Hilfe eines normalen und eines geknickten luikroökopes ist in Jig. 6 dargestellt, deren Aufbau im ubrigen der Anordnung gemäß Fig_e 4 entspricht» Selbstverständlich sind die vorgeschlagenen lueßeinrichtuiigöii und Leßverfahren nicht auf Imiengewindemessungen fesehränkt* Lan kann z_e13_# das Gerät vorteilhaft zum punktweise» Aasmessea einer Innenform oder eines komnliaiert gestalteten ESrpers verwenden, wobei dann die Leßschneide gegebenenfalls in anderer Form, beispielsweise als kleiner Halbkreis,ausgebildet sein kann»

Claims (1)

1. A₁₁₁Zi η ρ τ VL ehe _«

   1» Verfahren aar optischen *Distansifi®ssang_s dadurch gekennzeichnet,, daß ein Schneiden- oder Spaltbild auf der sa messenden Fläöh# durch ein Beleaehtajßgstoüöfiel erseagt wird_t dessen .an der MeB-flash© reflektiert© Strahlen durch eis optisches Sjstem (5) in einer Betraehtangselaens terart sa einem Bild vereinigt werden, äaß äessen s©itliefa.e iage gegenüber eiaer maxkiertea Stelle •tos &©si©latsfeldes tob. dem Abstand äer Jkeßfläche Tos dem Systeia.y s^B# van einex Marke (M) as. f abas der Torrieiitaiig_? a"bJi§,ngt._e

   2» Vorrichtung sar Aasiibang der Yerf ahrens nach Aaspracli t, dadorcJi gekeimzeieliaetg iaS ein schief auf die so. Bessöiiae fläche (B) einfallendes Bündel auf der Fläche (S) ein Sokaeldea- oder Spalt bild (A.) erzeugt, dessen reflelrtierte Strahles dareii ein optisoh.es System (3) is. einer Betreoh.tangsel)©ae (5) ®i «inen Bild vereinigt werden, dessen Lage abhängt won der Entfernung der reflektierenden Hacke won dem abbildenden System®

   Torrichtang Baeh Ansprach 2, dadurch ge^enn2sei©hnet, AaB das Beleuehtangslaündel aad das reflektierte Bündel die einander gegenüberlisgeadea Hälften eines aad desselben Q^ elrtiTes (3)

   4β ¥orrichtung sar Ausübung des Terfabxeas naefa. Anspruch 1, insbesondere nach Anspruch 2 and / oder 5» dadurch gekennzeichnet, daB am Satas der MeßEiilo?oei£ope Meßiaarken (M^Mg) und im ^üesiehtsfeld zweier Binstellciikroslcop© sweite üarten (I^-^lI₂) angebracht sind, mit denen die ilarkea (ϋ^,Μ«) dareh seitliche, iseßbare Verschiebung äes sa Eieasenden Werlcstüeks and der I^ßmikrosfcope ia Decfcong gebracht werden können»

   5* Vorrichtung sar Aasü"baag des Terfahrens nach Anspruch 1» iasbesondere nach einem der Anspräche 2-4» dadurch gekennzeichnet,

   10

   aas einfallende Bündel ein längerbrennvveitiges System als äas reflektierte Bündel·

   Yorjpißhiung siiT Ausübung des Yerfahrene nach JüEpraeli 1» ins-

   moh eisern der ,Anspruch.© 2-5» äaclareli gelc©Baseialimit tem Projections- unä. Beolsaelitangssjstem (1-9) des Spalt bildes sine !üeßiiiaxjfce (M) fest verbanden ist₉ 41®

   genau über tem auf der sii mess,enden !fläche Spalt- "bzw. SolmeläenbilS angebracht ist maä einem von den Systemen unabhängigen SiastellrailEroslsop b©- obaehtot