DE19805892A1

DE19805892A1 - Verfahren und Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts

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Publication number: DE19805892A1
Application number: DE19805892A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr Christoph; Eugen Dr Trapet; Heinrich Schwenke
Original assignee: Werth Messtechnik GmbH
Current assignee: Werth Messtechnik GmbH
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 1998-12-24
Also published as: DE59802842D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Strukturen eines Objekts mittels eines einem Koordinatenmeßgerät zu geordneten Tastelements, wobei das Tastelement mit dem Objekt in Berührung gebracht und sodann seine Position bestimmt wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts mittels eines einem Koordinatenmeßgerät zu geordneten ein Tastelement und vorzugsweise eine Tasterverlängerung umfassenden Tasters.

Optische Meßverfahren, die auf einer elektronischen Kamera und einer nachgeschalteten Bildverarbeitung beruhen, kommen in der Koordinationsmeßtechnik zunehmend zum Einsatz. Die optische Messung von geometrischen Merkmalen ist jedoch häufig schwierig, da die optischen Eigenschaften der Werkstückoberfläche das Meßergebnis beeinflussen können. Fasern und Hinterschneidungen machen das optische Messen oft sogar unmöglich.

Bei besonders für die Messung sehr kleiner Merkmale bzw. Strukturen im Bereich kleiner als 0,5 mm gibt es meist nicht die Möglichkeit, noch mechanisch anzutasten, da die mechani schen Anforderungen an Tastelement, Tasterschaft oder -verlängerung und Mechanik die noch realisierbaren Tastergrößen nach unten begrenzen. Die im allgemeinen aus mechani schen Aufbauten resultierenden trägen Massen führen außerdem zu einer zu hohen Antast kraft, die zu einer starken Deformation des gemessenen Objektes führt.

Die echt dreidimensionale Messung kleiner Strukturen im Bereich einiger zehn Mikrometer bis zu einigen zehn Millimetern mit Unsicherheiten unter einem Mikrometer stellt im Vergleich zu zweidimensionalen Messungen in diesem Größen- und Genauigkeitsbereich ein weitgehend ungelöstes Problem dar. Ursächlich hierfür ist, daß eine hochgenaue Messung stark geneigter oder vertikaler Strukturen, die Messung in Bohrungen oder die Messung von Strukturen mit Hinterschneidungen heute nur mechanisch berührend, aber nicht optisch möglich ist. Kleine 3D-Strukturen werden im Zuge der Weiterentwicklung der Mikromecha nik jedoch immer wichtiger. Beispiele sind die Medizintechnik (z. B. minimalinvasive Chirurgie), die Mikrosensorik oder z. B. Einspritzdüsen für die Automobiltechnik.

Es ist ein Tastsystem für die Messung kleiner Strukturen bekannt, welches auf einem Schwingquarz basiert, der eine Glasfaser mit Antastelement anregt. Bei Berührung mit der Werkstückoberfläche wird die Dämpfung des Systems ausgewertet. Diese Technik ermöglicht zwar kleine Antastkräfte, ist jedoch mit einer relativ großen Ungenauigkeit (Meßfehler 5 µm) behaftet.

Auch ist es bekannt, mittels eines Mikroskops die Position eines Tastelements zur Messung von Strukturen zu bestimmen, wobei gerätebedingt im Durchlichtverfahren gearbeitet werden muß, so daß allein Strukturen durchgehender Bohrungen oder sonstiger Durchbrechungen gemessen werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß beliebige Strukturen mit einer hohen Meßgenauigkeit bestimmt werden können, wobei eine präzise Lagebestimmung des mit dem Objekt in Berührung zu bringenden Tastelements erfolgen soll.

Erfindungsgemäß wird das Problem im Wesentlichen dadurch, daß die Position des Tastelements unmittelbar oder eine Position zumindest einer dem Tastelement unmittelbar zugeordneten Zielmarke mit einem optischen Sensor bestimmt wird. Dabei wird das Tast element und/oder die zumindest eine Zielmarke vom Bereich des optischen Sensors her in die zu messende Position gebracht. Mit anderen Worten wird der Taster dem Objekt von dessen sensorzugewandten Seite zugeführt. Taster und Sensor sind dabei als Einheit in einem Koordinatenmeßgerät verstellbar. Es erfolgt demnach eine gekoppelte Bewegung, die eine hohe Meßgenauigkeit und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse sicherstellt. Dabei wird insbesondere die Position des Tastelements und/oder der zumindest einen Zielmarke mittels reflektierender und/oder das Objekt durchdringender und/oder von dem Tastelement bzw. der Zielmarke abstrahlender Strahlung bestimmt.

Erfindungsgemäß wird die durch Berührung des Objekts bedingte Auslenkung des Tast elements optisch bestimmt, um den Verlauf einer Struktur zu messen. Dabei kann die Auslenkung des Tastelements durch Verschiebung des Bildes auf einem Sensorfeld eines elektronischen Bildverarbeitungssystems wie elektronischer Kamera erfaßt werden. Auch besteht die Möglichkeit, die Auslenkung des Tastelements durch Auswerten einer Kon trastfunktion des Bildes mittels eines elektronischen Bildverarbeitungssystems zu bestimmen. Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Auslenkung besteht darin, diese aus einer Größenänderung des Bildes einer Zielmarke zu bestimmen, aus dem der strahlenoptische Zu sammenhang zwischen Objekt-Abstand und Vergrößerung resultiert. Auch kann die Aus lenkung des Tastelements durch scheinbare Größenänderung einer Zielmarke ermittelt werden, die aus dem Kontrastverlust durch Defokussierung resultiert. Dabei wird grundsätz lich die Auslenkung senkrecht zur optischen Achse der elektronischen Kamera bestimmt. Alternativ kann die Position des Tastelements bzw. der zumindest einen diesem zugeordneten Zielmarke mittels eines Photogrammetriesystems bestimmt werden. Bei Vorhandensein mehrerer Zielmarken kann deren Positionen optisch erfaßt und sodann die Position des Tastelements berechnet werden, da zwischen diesem und den Zielmarken eine eindeutige feste Beziehung besteht.

Eine Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objektes zeichnet sich dadurch aus, daß das Koordinatenmeßgerät einen Sensor zur optischen Positionserfassung des Tastelements und/oder zumindest einer diesem unmittelbar zugeordneten Zielmarke umfaßt und daß der Sensor mit zumindest dem Tastelement als Einheit verstellbar ist. Dabei kann das Tast element und/oder die zumindest eine Zielmarke selbststrahlend und/oder als Reflektor ausgebildet sein.

Das Tastelement und/oder die Zielmarke sollten vorzugsweise als eine Strahlung räumlich abstrahlender oder reflektierender Körper wie Kugel oder Zylinder ausgebildet sein.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Tastelement mit einer Tasterverlängerung wie Schaft verbunden, die bzw. der biegeelastisch ausgebildet ist. Das Verbinden kann durch Kleben, Schweißen oder sonstige geeignete Verbindungsarten erfolgen. Auch kann das Tast element und/oder die Zielmarke ein Abschnitt der Tasterverlängerung selbst sein. Insbesonde re ist die Tasterverlängerung bzw. der Schaft als Lichtleiter ausgebildet oder umfaßt einen solchen, um über diesen dem Tastelement bzw. der Zielmarke das erforderliche Licht zuzuführen.

Der Schaft selbst kann endseitig als Taster ausgebildet sein oder einen solchen umfassen. Insbesondere sollte das Tastelement und/oder die Zielmarke auswechselbar mit der Taster verlängerung wie Schaft verbunden sein.

Um nahezu beliebige Strukturen bestimmen zu können, ist des weiteren vorgesehen, daß der Taster von einer in fünf Freiheitsgeraden justierbaren Halterung ausgeht. Die Halterung selbst kann wiederum mit dem Sensor eine Einheiten bilden bzw. mit dem Sensor verbunden sein.

Auch besteht die Möglichkeit, daß das Tastelement und/oder die Zielmarke als selbst leuchtendes elektronisches Element wie LED ausgebildet ist oder ein solches umfaßt.

Erfindungsgemäß wird ein Tastsystem für Koordinatenmeßgeräte vorgeschlagen, das die Vorteile optischer und mechanischer Tastsysteme kombiniert, wobei eine Verwendung insbesondere bei der mechanischen Messung sehr kleiner Strukturen, in denen herkömmliche Tastsysteme nicht mehr einsetzbar sind, möglich ist. Aber auch eine einfache Auf- und Umrüstung optischer Meßgeräte für mechanische Meßaufgaben wird dadurch möglich.

So ist vorgesehen, ein Tast- oder Antastelement oder eine diesem zugeordnete Zielmarke durch einen Sensor wie elektronische Kamera in seiner Position zu bestimmen, nachdem ersteres in mechanischem Kontakt mit einem Werkstück gebracht wurde. Dadurch, daß entweder das Tastelement selbst oder die Zielmarke, die unmittelbar mit dem Tastelement verbunden ist, in der Position vermessen wird, haben Verformungen eines den Taster aufnehmenden Schaftes keinen Einfluß auf das Meßsignal. Bei der Vermessung muß weder das elastische Verhalten des Schaftes berücksichtigt werden, noch können plastische Ver formungen, Hysteresen und Drifterscheinungen der mechanischen Kopplung zwischen Tastelement und dem Sensor die Meßgenauigkeit beeinflussen. Auslenkungen in der Richtung senkrecht zur Sensor- wie Kameraachse lassen sich direkt durch Verschiebung des Bildes in einem Sensorfeld insbesondere einer elektronischen Kamera bestimmen. Die Auswertung des Bildes kann mit einer bereits in einem Koordinatenmeßgerät installierten Bildverarbeitung erfolgen. Damit ist ein zweidimensional arbeitendes Tastsystem realisiert, das sehr einfach an eine optische Auswerteeinheit gekoppelt werden kann.

Für eine Sensierung der Auslenkung in Richtung der optischen Sensor- wie Kameraachse sind erfindungsgemäß mehrere Möglichkeiten gegeben, so u. a.:

1. Die Auslenkung des Tastelements in Richtung der Sensorachse (Kameraachse) wird durch ein Fokussystem gemessen, wie dies in der optischen Koordinatenmeßtechnik bei der Fokussierung auf die Werkstückoberfläche bereits bekannt ist. Hierbei wird die Kontrastfunktion des Bildes in der elektronischen Kamera ausgewertet.
2. Die Auslenkung des Tastelements in Richtung der Sensor- bzw. Kameraachse wird dadurch gemessen, daß die Abbildungsgröße einer Zielmarke ausgewertet wird, so z. B. bei einer kreis- oder ringförmigen Zielmarke die Veränderung des Durchmessers. Dieser Effekt ist bedingt durch die strahlenoptische Abbildung und läßt sich durch die Ausgestaltung der optischen Einheit gezielt optimieren. In der Koordinatenmeß technik werden häufig sogenannte telezentrische Objektive verwendet, die eine weitestgehend konstante Vergrößerung auch bei Abweichung von der Fokusebene realisieren sollen. Diese wird durch eine Verlegung der optischen Eintrittspupille in das "Unendliche" erreicht. Für die oben beschriebene Auswertung wäre eine Optimie rung mit umgekehrten Vorzeichen nützlich: Bereits eine kleine Abweichung aus der Fokusebene soll in einer deutlichen Änderung des Abbildungsmaßstabes resultieren. Dies ist z. B. durch die Verlegung der optischen Eintrittspupille in die Höhe des objektseitigen Brennpunktes zu erreichen. Dabei sollte nach Möglichkeit eine hohe Schärfentiefe realisiert sein, die eine kontrastreiche Abbildung der Zielmarke über einen relativ weiten Entfernungsbereich erlaubt. Eine ideale optische Einheit im Sinne ihrer Abbildungseigenschaften wäre für die oben beschriebene Anwendung z. B. eine Lochkamera. Durch die Verwendung einer ringförmigen Zielmarke lassen sich Größenänderungen, die aus Unschärfe resultieren, minimieren: Der mittlere Ring durchmesser ändert sich in erster Näherung durch Unschärfe nicht, sondern nur die Ringbreite.
3. Auch bei einer dritten Möglichkeit wird die Größenänderung der Zielmarke ausgewer tet, jedoch die, welche sich aus der Kombination von strahlenoptischer Größen änderung und der scheinbaren Vergrößerung durch unscharfe Ränder ergibt. Gegen über der Auswertung der Unschärfefunktion macht sich dieses Verfahren zunutze, daß die tatsächliche Größe der Zielmarke unveränderlich ist.

Erfindungsgemäß wird zur Strukturbestimmung von Objekten die direkte Messung einer Tast elementposition genutzt. Grundsätzlich kommen für diese direkte Messung viele unter schiedliche physikalische Prinzipien in Frage. Da die Messung der Tastelementauslenkung in einem großen Meßbereich im Raum sehr genau erfolgen muß, z. B. um kontinuierliche Scanvorgänge zu ermöglichen, und um einen großen Überhub bei Objektantastung auf zunehmen (z. B. aus Sicherheitsgründen, aber auch um den Aufwand für eine genaue Positionierung zu verringern), kann auch ein photogrammetrisches Verfahren eingesetzt werden. Zwei Kamerasysteme mit zueinander geneigten Achsen könnten benutzt werden. Es können im Wesentlichen die aus der Industriephotogrammetrie bekannten Auswertetechniken eingesetzt werden.

Mit zwei z. B. zur Längsrichtung des Tastelements bzw. der diesem zugewandten Enden einer Tasterverlängerung wie Schaft geneigt "blickenden" Kameras sind alle Meßaufgaben lösbar, bei denen das Tastelement nicht hinter Hinterschneidungen "verschwindet". Die Verwendung einer redundanten Anzahl von Kameras (z. B. drei) ermöglicht auch an Objekten mit steilen Konturen zu messen. Bei der Messung in kleinen Bohrungen kann eine Kamera benutzt werden, die so angeordnet ist, daß sie in Längsrichtung des Tastelements bzw. der Tasterverlängerung auf das Tastelement "blickt". Grundsätzlich ist bei zweidimensionalen Messungen (also z. B. bei Messungen in Bohrungen) eine einzige Kamera ausreichend, die auf die Längsrichtung der das Tastelement haltenden Tasterverlängerung wie Schaft ausge richtet ist.

Für die erfindungsgemäße Verwendung des Tasters ist kein aktiv lichtabstrahlendes Tast element oder eine sonstige aktive Zielmarke zwingend erforderlich. Besonders hohe Genau igkeiten erreicht man mit lichtabstrahlenden Tastkugeln bzw. sonstiger lichtabstrahlender Zielmarken an der Tasterverlängerung. Das Licht aus einer Lichtquelle wird dabei dem Tastelement wie -kugel oder sonstigen Zielmarken der Tasterverlängerung über z. B. eine Lichtleitfaser zugeführt, die selbst den Taster-Schaft oder die Tasterverlängerung darstellen kann. Auch kann das Licht im Schaft oder in den Zielmarken erzeugt werden, indem diese z. B. LEDs enthalten. Der Grund für diese Konstruktionsweisen ist, daß elektronische Bildsysteme wie photogrammetrische Systeme, insbesondere solche für mikroskopisch kleine Strukturen, eine hohe Lichtintensität benötigen. Wird dieses Licht dem Tastelement direkt gezielt zugeführt, reduziert sich die notwendige Lichtleistung erheblich, und somit auch die Wärmebelastung des Objekts während der Messung. Bei Verwendung von Kugeln als Tastelement ergibt sich ein ideal kontrastreiches und ideal kreisförmiges Bild der Tastkugel aus allen Blickrichtungen. Insbesondere gilt dies bei der Verwendung einer volumenstreuen den Kugel. Störungen durch Abbildungen von Strukturen des Objekts selbst werden ver mieden, da das Objekt selbst nur in unmittelbarer Nähe der Tastkugel hell beleuchtet wird. Dabei wird jedoch das durch Spiegelungen am Objekt entstehende Bild der Tastkugel prak tisch immer weniger hell erscheinen als die Tastkugel selbst. Somit sind Fehler problemlos zu korrigieren. Diese Vorteile haben von außen beleuchtete Zielmarken nicht zwingend. Auch besteht die Möglichkeit, die Zielmarken fluoreszierend auszuführen, so daß eingestrahltes und abgestrahltes Licht frequenzmäßig getrennt sind, und sich somit ebenfalls die Zielmar ken im Bild deutlicher von der Umgebung isolieren lassen. Gleiche Überlegungen gelten für das Tastelement selbst.

Um auch in kleinen Bohrungen oder an sehr steilen Strukturen zu messen, wenn das Tast element wegen Abschattung selbst nicht oder nicht von mehreren Kameras erfaßt werden kann, läßt sich erfindungsgemäß die Position, die Orientierung und die Krümmung der Licht leitfaser in den sichtbaren Teilbereichen sensorisch wie photogrammetrisch erfassen. Daraus kann die Position des Tastelements berechnet werden, z. B. über einen Ansatz der Faserbie gung in Form einer Parabel mit linearem oder quadratischen Term. Die Messung bei unter schiedlichen Überhüben (mehr oder weniger ins Objekt hinein positioniert) und anschließend Mittelung der Tastelementposition erhöht die Meßgenauigkeit. Die optische wie photogram metrische Messung der Faser wird durch eine gleichförmige Lichtabstrahlung der Faser erleichtert, die durch Verwendung von volumenstreuendem Fasermaterial, der Aufbringung einer diffus abstrahlenden Schicht auf der Faseroberfläche oder einer sonstigen geeigneten Wahl der Faserzusammensetzung und Fasergeometrie (z. B. Fertigung aus Material mit relativ geringem Brechungsindex) verbessert werden kann.

Es ist auch erfindungsgemäß möglich, auf der Lichtleitfaser weitere beleuchtete Kugeln oder sonstiger Zielmarken anzubringen, die Position dieser Zielmarken insbesondere photogramme trisch zu erfassen, und die Position des Tastelements entsprechend zu berechnen. Kugeln stellen dabei vergleichsweise ideale, eindeutige Zielmarken dar, die es auf der Faser anson sten nicht gibt. Eine gute Lichteinkopplung in die Kugeln erreicht man durch Störung der Lichtleitereigenschaften des Schafts, indem man z. B. die durchbohrten volumenstreuenden Kugeln auf den Schaft, d. h. der Tasterverlängerung aufgesteckt und mit diesem verklebt. Auch können die volumenstreuenden Kugeln seitlich am Schaft angeklebt sein, wobei auch eine Lichteinkopplung möglich ist, vorausgesetzt, der Schaft führt bis zu seiner Oberfläche Licht, weist also einen Mantel an der Klebestelle nicht auf. Eine besonders hohe Genauigkeit wird erreicht, wenn die Tastelementposition als Funktion der Faserlage und Faserkrümmung (Zonen der Faser in einigem Abstand von dem Tastelement) experimentiell erfaßt (kalibriert) wird. Auch ist hier wieder die Anmessung von entlang der Faser aufgebrachten Zielmarken anstelle der Abmessung der Faser selbst möglich.

Die Kalibrierung kann z. B. durch Antastung einer Kugel aus unterschiedlichen Richtungen und mit unterschiedlichen Kräften (mehr oder weniger ins Objekt "hineinpositioniert") geschehen, oder sie erfolgt durch bekannte relative Positionierung des Tastsystems gegenüber der geklemmten Tastkugel.

Die Trennung der Elemente Tastelement wie Tastkugel und Zielmarken verringert zusätzlich die Wahrscheinlichkeit einer Störung der Messung der Tastelementposition durch Reflexe der Zielmarken auf der Objektoberfläche.

Es können erfindungsgemäß mehrere Taster nacheinander im Einsatz sein, z. B. durch eine einfache Wechseleinrichtung (z. B. Revolver mit mehreren Tastern) können verschiedene Tastelemente bzw. Taststifte ins Blickfeld eingeschwenkt werden. Es können erfindungs gemäß auch mehrere Tastelemente gleichzeitig im Einsatz sein. Die Identifikation des aktiven Tastelements oder -stifts ist beispielsweise durch Abschalten der Beleuchtung der nicht aktiven Taststifte oder über eine sonstige Codierung wie z. B. durch Zielmarkengröße, Lichtfarbe, Zielmarkenposition im Tasterkoordinatensystem, Modulation des Lichts und/oder anhand aufgebrachter Muster möglich. Taststifteinmessungen, wie diese in der klassischen Koordinatenmeßtechnik üblich sind, sind bei den erfindungsgemäßen Tastern nicht zwingend erforderlich, da Tastkugellage und Tastkugeldurchmesser photogrammetrisch mit einer oft ausreichenden Genauigkeit erfaßt werden können.

Die Messung mit kleinen Tastelementen bringt oft eine hohe Anzahl zerstörter Taststifte (Tastelement, Tasterverlängerung) mit sich. Bei dem erfindungsgemäßen System sind die Taststifte billig und einfach auswechselbar. Teure Sensoren und die Bewegungsachsen werden im Allgemeinen nicht von Kollisionen beschädigt oder verändert, da der Abstand von dem Tastelement recht groß sein kann. Z. B. kann die Schaftlänge größer als der Verfahr bereich des Systems sein, eine Kollision ist so nicht möglich. Eine große Taster- wie Kugelauslenkung relativ zur Schaftlänge ist ohne Schwierigkeiten möglich. Dadurch ergibt sich eine hohe Eigensicherheit des Systems und eine gute Scanfähigkeit. Auch sind hohe An tastgeschwindigkeiten ohne Beschädigung der Objektoberfläche möglich.

Photogrammetriesysteme oder sonstige bekannte optisch arbeitende Sensorsysteme erlauben eine mathematische Ausrichtung des Objekts vor dem eigentlichen Meßbeginn aufgrund der Bildinformation über das Objektiv. Damit ist eine punktgenaue Antastung des Objekts bei der eigentlichen taktilen Messung möglich.

Es gibt bei diesem System zwei Arten von elastischen Einflüssen, die zu Meßabweichungen führen können.

1. Die Nachgiebigkeit des Objekts selbst (in größeren Bereichen); Einflüsse durch diese können durch Messung mit mindestens zwei Antastkräften auf Null extrapoliert werden,
2. die lokale Nachgiebigkeit durch die Hertz'sche Pressung zwischen Kugel und Objekt oberfläche; diese Effekte können bei Bedarf (also bei hochgenauen Messungen oder bei nachgiebigen Objekten) durch eine Messung mit mindestens zwei unterschiedli chen Antastkräften und Extrapolation auf die fiktive Antastkraft "Null" ausgeschaltet werden.

Die Extrapolation auf Kraft "Null" im zweiten Fall ist möglich, da die Deformation nach Hertz gleich einer Konstanten multipliziert mit der (Antastkraft)^2/3 ist:

D = K.F^2/3

mit:
D: Deformation an der Kontaktstelle zwischen Objekt und Tastkugel
F: Kraft (bzw. eine Größe, die proportional zur Antastkraft ist)
K: Konstante

D₁ = K.F₁ ^2/3
D₂ = K.F₂ ^2/3
D₁-D₂ = K.(F₁ ^2/3-F₂ ^2/3).

Hieraus folgt der Wert von K bei aus der Messung bekannter Differenz (D₁-D₂) sowie bei bekannten F₁ und F₂. Es können nun die Abplattungen D₁ und D₂ gegenüber der Antastung mit Kraft "Null" berechnet werden. Die kraftproportionalen Werte sind z. B. die Verfahrwege gerechnet ab der ersten Objektberührung. Alternativ lassen sich diese auch mit Kraftsensoren messen. Ein Kraftsensor kann z. B. die Faser selbst sein, wenn ihre Krümmung photogram metrisch gemessen wird oder anhand von Änderungen des intern zur Lichtquelle reflektier ten/rückgestreuten Lichts bzw. des abgestrahlten Lichts. Es ist sinnvoll, die Messung mit mehreren Antastkräften für alle hochgenauen Meßaufgaben durchzuführen, da die effektiven Radien im Berührpunkt zwischen Objekt und Tastelement durch lokale Welligkeiten und Rauheiten stark variieren können.

Liegen Hertz'sche und lineare Nachgiebigkeit in der gleichen Größenordnung, muß mit mindestens drei Kräften angetastet werden, und es muß sowohl die lineare als auch die Hertz'sche Nachgiebigkeitskonstante bestimmt werden, um auf die fiktive Kraft "Null" extrapolieren zu können.

Sollten die Abweichungen von der idealen Kugelform bei kleinen Kugeln als Taster mit Durchmessern unter 0,1 mm nicht vernachlässigbar sein, kann eine richtungsabhängige Korrektur der Antastpunkt-Koordinaten erforderlich sein. Zur Erfassung der Korrekturwerte kommen zwei Verfahren in Frage:

1. Die Messung der Abweichungen des Tastelements von der Kugelform, durchgeführt unabhängig vom Tastsystem mit gesonderten Meßgeräten,
2. die Messung der Abweichungen des Tastelements von der Kugelform, durchgeführt durch Messung einer Referenzkugel mit dem Tastsystem selbst.

Grundsätzlich ist es auch möglich, eine andere Geometrieform für die Tastelemente zu wählen als die einer Kugel, z. B. Zylinder, der die Faser selbst darstellen kann, oder das verrundete Ende der Faser selbst, als der Tasterverlängerung.

Da das Tastelement (z. B. eine Kugel) je nach Betrachtungsrichtung mehr oder weniger stark vollständig abgebildet wird und auch Schmutz sehr störend wirkt, ist es sinnvoll, die Lage des Tastelements mit sogenannten robusten Ausgleichsalgorithmen zu bestimmen. Zu diesen Algorithmen gehören z. B. die Minimierung der Summe der Abweichungsbeträge (sogenannte L1-Norm).

Zuvor geschilderte Korrekturverfahren sind jedoch nur in Extremfällen notwendig, ohne daß hierdurch die erfindungsgemäße Lehre grundsätzlich beeinträchtigt wird.

Grundsätzlich kann die Beleuchtung des Tastelements der Zielmarken bzw. des Schafts nicht nur von innen durch den Schaft erfolgen, sondern auch durch geeignete Beleuchtungsein richtungen von außen.

Hier bietet sich auch eine Variante an, bei der das Tastelement bzw. die Zielmarken Retrore flektoren (Tripelreflektoren, Katzenaugen, spiegelnde Kugeln) sind und aus der Kamera-Blick richtung extern beleuchtet werden.

Der erfindungsgemäße Taster ist grundsätzlich nicht auf bestimmte Baugrößen der Meß objekte und des Tastelements selbst beschränkt. Er kann sowohl zur Messung ein-, zwei- als auch dreidimensionaler Strukturen eingesetzt werden. Insbesondere kann die Tasterver längerung als Lichtleiter ausgebildet sein und einen Durchmesser von 20 µm aufweisen. Der Durchmesser des Tastelements wie Tastkugel sollte dann bevorzugterweise 50 µm betragen.

Um die Bruchfestigkeit der Tasterverlängerung zu erhöhen, kann bei der Verwendung von Lichtleitern als Material diese eine Oberflächenbeschichtung wie Teflon oder eine sonstige bruchhemmende Substanz aufweisen. Eine Ummantelung kann z. B. durch Sputtering ausgebildet werden.

Die Raumlage des Tastelements kann mittels eines zweidimensionalen Meßsystems dann be stimmt werden, wenn dem Tastelement zumindest drei Zielmarken zugeordnet sind, deren Bilder zur Bestimmung der räumlichen Lage des Tastelements ausgewertet werden.

Die Erfindung ermöglicht auch ein scannendes Antastverfahrens zur Bestimmung von Werk stückgeometrien. Insbesondere können die auszuwertenden Bilder von einem positions empfindlichen Flächensensor erzeugt werden.

Gegenüber rein mechanisch messenden Tastsystemen ergeben sich mit der erfindungsgemä ßen Lehre u. a. folgende Vorteile:

- Elastische und plastische Einflüsse sowie Kriecherscheinungen der mechanischen Halterung und des Antastschaftes gehen nicht in das Meßergebnis ein.
- Es lassen sich sehr geringe Antastkräfte realisieren (<1 N).
- Es ist keine Präzisionsmechanik erforderlich.
- Es lassen sich sehr kleine Tastelemente und Schaftdurchmesser realisieren.
- Die Positionierung des Tastsystemes kann durch die Optik vom Bediener optimal überwacht werden.
- Das System kann direkt an die bestehende Optik eines Koordinatenmeßgerätes angebracht werden und das Bildsignal mit einem vorhandenen Bildprozessor ausge wertet werden.
- Geringer Geräteaufwand resultierend aus der Adaption an bestehende optische Koordinatenmeßgeräte.

Gegenüber rein optisch messenden Tastsytemen ergeben sich u. a. folgende Vorteile:

- Es werden die tatsächlichen mechanischen Größen gemessen. Eigenschaften der Oberfläche wie Farbe und Reflexionsverhalten gehen nicht in das Meßergebnis ein.
- Es können Messungen an dreidimensionalen Strukturen gemacht werden, die für rein optische Systeme nicht zugänglich sind. So läßt sich etwa der Durchmesser und die Formabweichung einer Bohrung in verschiedenen Höhenschnitten erfassen.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, son dern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts,

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform einer Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts,

Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform einer Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts,

Fig. 6 eine sechste Ausführungsform einer Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts,

Fig. 7 einen Abschnitt einer ersten Ausführungsform eines Tasters,

Fig. 8 einen Abschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Tasters,

Fig. 9 einen Abschnitt einer dritten Ausführungsform eines Tasters,

Fig. 10 eine siebte Ausführungsform einer Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts und

Fig. 11 eine achte Ausführungsform einer Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts.

In den Figur, in denen gleiche Elemente grundsätzlich mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, sind rein prinzipiell verschiedene Ausführungsformen von Anordnungen zur Messung von Strukturen eines Objektes mittels eines einem Koordinatenmeßgerät zugeordneten Tasters dargestellt. Als Ausführungsbeispiel soll die Struktur einer Bohrung 10 in einem Objekt 12 bestimmt werden. Der Rand der Bohrung 10 wird von einem Tastelement 14 abgefahren, der seinerseits von einer Tasterverlängerung 16 ausgeht, die zusammen eine Taster 18 bilden.

Der Taster 18 geht von einer Halterung 20 aus, die zumindest um drei Freiheitsgrade, vorzugsweise um 5 Freiheitsgrade justierbar ist. An der Halterung 20 selbst ist vorzugsweise eine Optik eines Koordinatenmeßgeräts 22 montiert. Eine andere Verbindungsart ist gleich falls möglich. Ausschlaggebend ist jedoch, daß die Optik bzw. ein Sensor des Koordinaten meßgerätes 22 als Einheit mit dem Tastelement 14 in X-, Y- und Z-Richtung verstellbar ist. Unabhängig davon erfolgt eine Justierung des Tastelements 14 zur optischen Achse 24 und zur Fokalebene. Dabei bestehen verschiedene Möglichkeiten, das Tastelement 14, d. h. im Ausführungsbeispiel eine Tastkugel im Schnittpunkt der optischen Achse 24 mit der Fokal ebene zu positionieren. So kann nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die Tasterver längerung 16 seitlich von der Halterung 20 ausgehend in den Strahlgang 24 eingebracht werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 gehen von der Halterung 20 Befestigungsarme 26, 28, die außerhalb der Fokalebene enden und als Aufnahme für eine seitlich in die optische Achse 24 hineingeführte Tasterverlängerung 16 dient, die über ein Kupplungsstück 30 mit dem Tastelement 32 verbindbar ist, das über einen stabförmigen Abschnitt 34, der entlang der optischen Achse 24 verläuft, in das eigentliche Tastelement 14 in Form der Kugel übergeht, mittels der die Struktur des Randes der Bohrung 10 bestimmt wird.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 wird ein L-förmig gebogener Tasterverlängerer 38 von einer von der Halterung 20 ausgehenden Aufnahme 36 gehalten, wobei ein geradlinig verlaufender Endabschnitt 42 der Tasterverlängerung 38 parallel zur optischen Achse 24 verläuft und endseitig in das Tastelement wie Tastkugel 14 übergeht.

Nachdem das Tastelement 14 justiert ist, kann es durch die vorhandene Optik des Koor dinatenmeßgerätes 22 oder einem entsprechenden Sensor beobachtet werden. Bei Antastung des Randes der Bohrung 12 ändert das Tastelement 14 seine Lage im Kamera- bzw. Sensor feld. Diese Auslenkung wird durch eine elektronische Bildverarbeitung ausgewertet. Hier durch wird eine Funktionsweise realisiert, die analog zu einem konventionell messenden Tastsystem wirkt. Dabei kann die Ansteuerung des Koordinatenmeßgeräts 22 entsprechend einem konventionell mechanisch messenden Tastsystem erfolgen.

Um das Tastelement 14 optisch zu erfassen, bestehen verschiedene Möglichkeiten, die rein prinzipiell den Fig. 4 bis 6 und 10 und 11 zu entnehmen sind.

So wird nach der Fig. 4 ein Durchlichtverfahren vorgeschlagen, wobei auf dem Sensor- bzw. Kamerafeld der Schatten des Tastelements 14 beobachtet bzw. gemessen wird. Voraussetzung für das der Fig. 4 zu entnehmende Durchlichtverfahren ist, daß die Bohrung 10 durchgehend ist, also das Werkstück 12 vollständig durchsetzt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 wird das Tastelement 14 durch Einspiegelung von Licht entlang des Strahlengangs 24 mit Licht beaufschlagt. Hierzu befindet sich oberhalb des Koordinatenmeßgeräts 22 ein Spiegel 42, über den durch das Koordinatenmeßgerät 22 und die Halterung 20 hindurch Licht entlang der optischen Achse 24 eingespiegelt wird.

Es wird für die Tasterverlängerung 30 vorzugsweise eine Lichtleitfaser benutzt. Diese bietet auch den Vorteil, daß das Licht durch diese selbst zu dem Tastelement 14 geführt wird, wie dies anhand der Fig. 6 verdeutlicht wird. Die Lichtquelle selbst ist in den Figur mit den Bezugszeichen 44 versehen.

Das Tastelement 14 weist in den Ausführungsbeispielen eine volumenmäßig abstrahlende Kugelform auf. Dabei kann das Tastelement 14 mit der Tasterverlängerung 30 z. B. durch Kleben oder Schweißen fest verbunden sein. Aber auch eine auswechselbare Verbindung über eine Kupplung ist möglich.

Ist bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 das Tastelement 14 mit dem Ende 40 der Tasterverlängerung 30 verklebt, so kann bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 das Tast element 30, d. h. dessen Endabschnitt 40 selbst als Tastelement ausgebildet sein. Hierzu wird vorzugsweise der Endabschnitt 40 endseitig entsprechend geformt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die endseitige Stirnfläche der Tasterverlängerung 30 mit einer reflektierenden Abdeckung zu versehen, um die Funktion der Zielmarke zu erfüllen.

Anstelle der Beobachtung des Tastelementes 14 selbst kann diesem in fester ortsmäßiger Zuordnung eine vorzugsweise ebenfalls kugelförmige Zielmarke 46 zugeordnet sein, die ein Abschnitt der Tasterverlängerung 30 ist oder auf diese aufgesetzt ist, wie dies anhand der Fig. 11 verdeutlicht wird. So weist die Tasterverlängerung 30 endseitig das kugelförmige Tastelement 14 auf. Des weiteren sind in Abständen zueinander an der Tastenverlängerung 30 kugelförmige Zielmarken 46, 48, 50 angebracht. Somit besteht die Möglichkeit, entweder die Position des Tastelements 14 unmittelbar oder die der diesem eindeutig zugeordneten Zielmarken 46 bzw. 46, 48 bzw. 46, 48, 50 zu beobachten.

Das Tastelement 14 bzw. die Zielmarke 46, 48, 50 kann aus verschiedenen Materialien wie Keramik, Rubin oder Glas bestehen. Ferner kann die optische Qualität der entsprechenden Elemente durch Beschichtungen mit streuenden oder reflektierenden Schichten verbessert werden.

Der Durchmesser der Tasterverlängerung 30 beträgt vorzugsweise weniger als 100 µm, vorzugsweise einen Durchmesser von 20 µm. Das Tastelement 14 bzw. die Zielmarke 46, 48, 50 weist einen größeren Durchmesser auf, vorzugsweise einen zwischen 1,5- und 3fach größeren Durchmesser als den der Tasterverlängerung 30 wie Lichtleiter.

In dem Bereich, wo der Mantel der Tasterverlängerung 30 von Licht nicht durchsetzt werden muß, kann eine Oberflächenbeschichtung aus Teflon oder einer sonstigen bruchhemmenden Substanz vorgesehen sein.

Das Bild des Tastelements 14 oder einer dieser zugeordneten Zielmarke 46, 48, 50 kann z. B. auf einem CCD-Feld einer optischen Koordinatenmeßmaschine abgebildet werden. Die Verschiebung des Lichtfleckes im CCD-Feld kann mit Subpixelgenauigkeit gemessen werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind reproduzierbare Messungen mit einer Genau igkeit im µm-Bereich möglich.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 und 11 gelangt ein photogrammetrisches Verfahren zur Anwendung. Von einer gemeinsamen Halterung 20 gehen zwei auf das Tastelement 14 ausgerichtete optische Abbildungssysteme wie Kameras 52, 54 aus. Die auf das Tastelement 14 optisch ausgerichteten Kameras 52, 54 ermöglichen eine räumliche Bestimmung des Tastelements 14 mit üblichen aus der Industriephotogrammetrie bekannten Auswertetechni ken. Die Verwendung einer redundanten Anzahl von Kameras z. B. drei ermöglicht ein Objekt auch zu messen, wenn eine der Kameras abgeschattet ist. Bei kleinen Bohrungen reicht der Einsatz einer Kamera aus, die so optisch auf das Tastelement 14 ausgerichtet ist. Losgelöst hiervon wird zur Bestimmung der Struktur im Objekt entweder ein aktiv licht abstrahlendes, lichtreflektierendes oder lichtabschattendes Abtastelement 14 bzw. eine Zielmarke 46, 48, 50 benutzt, wobei vorzugsweise aus der Lichtquelle 44 dem Tastelement 14 bzw. den Zielmarken 46, 48, 50 über die als Lichtleitfaser ausgebildete Tasterverlängerung 30 Licht zugeführt. Alternativ besteht die Möglichkeit, das Licht selbst in der Tasterver längerung 30 oder in den Zielmarken 46, 48, 50 bzw. dem Tastelement 14 zu , in dem diese z. B. elektrisch leuchtende Bausteine wie LEDs enthalten oder solche sind. Mit der erfindungsgemäßen Lehre ergibt sich ein ideal kontrastreiches und ein ideal kreisförmiges Bild des Tastelements 14 bzw. der Zielmarke 46, 48, 50, sofern diese eine Kugelform aufweisen. Zusätzlich oder alternativ besteht die Möglichkeit, das Tastelement 14 bzw. die Zielmarken 46, 48, 50 fluoreszierend auszuführen, so daß eingestrahltes und abgestrahltes Licht frequenzmäßig getrennt sind, so daß das von dem Tastelement 14 bzw. den Zielmarken 46, 48, 50 erzeugte Bild von der Umgebung getrennt werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Messung von Strukturen eines Objekts mittels eines einem Koor dinatenmeßgerät zugeordneten Tastelements, das mit dem Objekt in Berührung ge bracht und sodann seine Position mittelbar oder unmittelbar bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Tastelements unmittelbar oder eine Position zumindest einer dem Tastelement unmittelbar zugeordneten Zielmarke mit einem optischen Sensor bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastelement und/oder die zumindest eine Zielmarke dem Objekt von dessen sensorzugewandter Seite zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Tastelementes und/oder der zumindest einen Zielmarke mittels reflektierender und/oder durch dieses bzw. diese abschattender und/oder von dem Tastelement bzw. der Zielmarke abstrahlender Strahlung bestimmt wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastelement mit dem Sensor als Einheit verstellt wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die Berührung des Objekts bedingte Auslenkung des Tastelements optisch bestimmt wird.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung des Tastelementes durch Verschiebung dessen Bildes oder eines einer Zielmarke auf einem Sensorfeld erfaßt wird.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung des Tastelementes durch Auswerten einer Kontrastfunktion bestimmt wird.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung des Tastelementes aus einer Größenänderung eines Bildes einer Zielmarke bestimmt wird, die aus dem strahlenoptischen Zusammenhang zwischen Objekt-Abstand und Vergrößerung resultiert.

9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung des Tastelementes durch scheinbare Größenänderung einer Zielmarke bestimmt wird, die aus dem Kontrastverlust durch Defokussierung resul tiert.

10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung senkrecht zur optischen Achse eines elektronischen Bildver arbeitungssystems durch dieses bestimmt wird.

11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines zweidimensionalen Meßsystems die räumliche Position des Tast elementes mittels zumindest 3 diesen zugeordneter Zielmarken bestimmt wird.

12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tasterverlängerung oder ein Abschnitt dieser als räumlich ausgedehnte Ziel marke benutzt wird, deren Position relativ zum Tastkörper in frei wählbaren Quer schnitten gemessen wird.

13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Tasterverlängerung angeordnete Zielmarken zur Bestimmung der Position des Tastelementes photogrammetrisch (zumindest 2 Kameras) erfaßt werden.

14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Tastelementes photogrammetrisch (zumindest 2 Kameras) ge messen wird.

15. Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts (12) mittels eines einem Koordinatenmeßgerät zugeordneten ein Tastelement (14) und vorzugsweise eine Tasterverlängerung (16, 38) umfassenden Tasters, dadurch gekennzeichnet, daß das Koordinatenmeßgerät (22) einen Sensor zur optischen Bestimmung des Tastelements (14) und/oder zumindest einer diesem unmittelbar zugeordneten Ziel marke umfaßt und daß der Sensor mit zumindest dem Tastelement als Einheit verstellbar ist.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastelement (14) und/oder die Zielmarke (46, 48, 50) als Reflektor ausgebil det ist.

17. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastelement (14) und/oder die Zielmarke (46, 48, 50) selbststrahlend ausge bildet ist.

18. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastelement (16) und/oder die Zielmarke (46, 48, 50) ein Strahlung räumlich abstrahlender oder reflektierender Körper wie Kugel oder Zylinder ist.

19. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasterverlängerung (38) zumindest abschnittsweise biegeelastisch und/oder als Lichtleiter ausgebildet ist oder einen solchen umfaßt.

20. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastverlängerung (38, 40) oder zumindest ein Abschnitt von dieser das Tastelement (14) und/oder die Zielmarke (46, 48) ist.

21. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Tastelement (14) mehrere Zielmarken (46, 48) zugeordnet sind, die vor zugsweise von der Tasterverlängerung (30) ausgehen oder Abschnitte von dieser bilden.

22. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasterverlängerung (30) L-förmig zur Ausrichtung auf eine optische Achse (24) geboten ist.

23. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasterverlängerung (30) endseitig als Tastelement (14) ausgebildet ist.

24. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastelement (14) und/oder die Zielmarke (46, 48, 50) auswechselbar mit der Tasterverlängerung (30) verbunden sind.

25. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastelement (14) und/oder die Zielmarke (46, 48, 50) mit der Tasterver längerung (30) durch Kleben oder Schweißen verbunden sind.

26. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (18) von einer um zumindest 3 Freiheitsgrade, vorzugsweise um 5 Freiheitsgrade justierbaren Halterung (30) ausgeht.

27. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (18) von einer Halterung (20) ausgeht, die mit dem Sensor eine Einheit bildet bzw. mit dem Sensor verbunden ist.

28. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (18) dem Objekt (12) von dessen sensorzugewandten Seite zuführbar ist.

29. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastelement (14) und/oder die Zielmarke (46, 48, 50) ein selbstleuchtendes elektronisches Element wie LED aufweist oder ein solches ist.

30. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Bildverarbeitungssensor ist.

31. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein positionsempfindlicher Flächensensor ist.

32. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Tastelementes (14) in etwa 1- bis 3fach größer als der der Tastverlängerung (38) ist.

33. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastelement (30) endseitig eine Zylinderform aufweist und als Tastelement (14) ausgebildet ist.

34. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasterverlängerung (30) zur Ausbildung des Tastelementes sphärisch ver rundet ist.