DE19816272C2 - Verfahren und Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Strukturen eines Objekts mittels eines einem Koordinatenmessgerät zugeordneten, am Ende eines biegeelastischen Schafts angeordneten Tastelements, wobei das Tastelement mit dem Objekt in Berührung gebracht und sodann seine Position unmittelbar oder mittelbar über wenigstens eine dem Tastelement zugeordnete Zielmarke mit einem optischen Sensor bestimmt und die nach der Berührung zwischen Tastelement und Objekt auftretende Antastkraft des Tastelements aus dessen Auslenkung aus einer Ruhelage ermittelt wird. Auch bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts mittels eines einem Koordinaten­ messgerät zugeordneten, am Ende eines biegeelastischen Schafts angeordneten Tastelements, das mit dem Objekt in Berührung bringbar ist, mit Mitteln, um dessen Position sodann un­ mittelbar oder mittelbar über wenigstens eine dem Tastelement zugeordnete Zielmarke mit einem optischen Sensor zu bestimmen, und mit Mitteln, um aus der Größe der Auslenkung des Tastelements aus der Ruhelage die Antastkraft zu ermitteln.

Eine Anordnung der vorstehend beschriebenen Art ist bereits bekannt (DE 297 10 242 U1). Bei dieser bekannten Anordnung wird die Oberflächentopographie eines Gegenstands bzw. Objekts mit einem Photogrammetriesystem und dem Tastelement gemessen. Das Tastelement, z. B. eine Kugel, ist am Ende eines elastischen Schafts angeordnet. Am Schaft können Zielmarken angebracht sein, deren Positionen ein relativ zu einem Tasterbezugssystem vom Photogrammetriesystem erfasst werden. Die Position des Tastelements wird z. B. aus den Zielmarkenpositionen bestimmt.

Bekannt ist auch ein Messsystem zur Erfassung der Oberflächentopographie von Gegen­ ständen mit einem Messwertsender, der aus einem Taststift und einer Lichtquelle definierter Form an seinem Ende besteht. Die Lichtquelle wird längs der aufzunehmenden Kontur geführt. Bei diesem Verfahren erfasst ein optischer Empfänger die jeweilige Lage der einen Lichtfleck oder Lichtpunkt bildenden Lichtquelle in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem. Ein Rechner wertet die Messergebnisse aus. Die Lichtquelle hat als Verlängerung des Taststifts z. B. die Form einer konzentrisch eingefassten Glasfaser (DE 40 02 043 C2).

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

Schließlich ist es bekannt, mittels eines Mikroskops die Position eines Tastelements zur Messung von Strukturen zu bestimmen, wobei gerätebedingt im Durchlichtverfahren ge­ arbeitet 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 zur Messung der Oberflächentopographie von Objekten zu entwickeln, mit denen beliebige Strukturen und Objekte mit unterschiedlichen Oberflächenhärten mit einer hohen Mess­ genauigkeit bestimmt werden können.

Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schaft mit Ausnahme einer freien, am Ende das Tastelement umfassenden definierten Biegelänge innerhalb einer starren oder im Wesentlichen starren Führung verläuft und dass die Antastkraft auf einen an die Gegebenheiten des Objekts angepassten Wert durch eine Verstellbewegung des Schafts eingestellt wird.

Die Antastkraft hat bei manchen Objekten einen wesentlichen Einfluss auf die Messergeb­ nisse. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Antastkraft als Parameter der Messung den Gegebenheiten des Objekts wie der Oberflächentopographie und der Oberflächenhärte anzupassen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Antastkraft des Tastelements nach folgender Gleichung bestimmt:

worin mit F die Antastkraft, mit E der Elastizitätsmodul des Schafts, mit l die wirksame Biegelänge des Schafts zwischen einer starren Führung und dem Tastelement, mit I das axiale Flächenmoment des Schafts und mit f die Auslenkung des Rastelements aus einer Ruhelage bezeichnet sind. Das Elastizitätsmodul, das axiale Flächen- bzw. Trägheitsmoment und die Länge sind durch die konstruktiven bzw. Materialeigenschaften der Vorrichtung vorgegeben und können zu einer Konstanten zusammengefasst werden. Damit ist die Antastkraft propor­ tional der Auslenkung und kann schnell und ohne aufwendige Rechenoperationen und -zeiten bestimmt werden.

Gegebenenfalls kann der Schaft innerhalb der Führung verschoben werden, um die wirksame Biegelänge zu verändern. Losgelöst hiervon ist duch die starre Aufnahme des Schafts stets reproduzierbar sichergestellt, dass der Schaft eine wohl definierte Biegelänge aufweist.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform wird die Antastkraft als Regelgröße in einem Regelkreis auf einem vorgebbaren, gleichbleibenden oder nahezu gleichbleibenden Wert eingestellt, wobei eine Halterung, von der die Führung mit dem Tastelement ausgeht, wenig­ stens einem motorischen Antrieb als Stellglied bewegt wird. Die Antastkraft kann bei dieser Ausführungsform während der gesamten Messung einer Struktur auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden. Für die Messung der Oberflächentopographie in drei Dimensionen ist es vielfach günstig, wenn die Halterung mit dem von ihr ausgehenden elastischen Schaft durch Antriebe in fünf Freiheitsgraden bewegt werden kann. Hierfür eignen sich numerische Regelkreise. Die Halterung ist insbesondere mit dem Einstellmechanismus für das optische System zu einer Einheit verbunden, die motorisch in fünf Freiheitsgraden verstellbar ist.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Auslenkung des Tastelements mittels des optischen Sensors gemessen wird, der den Unterschied zwischen der Stellung des Tastelements in dessen Ruhelage und der Stellung des Tastelements bei Berührung mit der Oberfläche des Objekts erfasst. Der Sensor, der der gleiche wie für die Messung der Struktur ist, wird dabei zweckmäßigerweise gemeinsam mit der Halterung bewegt.

Die Position des Tastelementes und/oder der zumindest einen Zielmarke wird insbesondere mittels reflektierender und/oder durch dieses bzw. diese abschattender und/oder von dem Tastelement bzw. der Zielmarke abstrahlender Strahlung optisch bestimmt. Zweckmäßiger­ weise 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.

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

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird anordnungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schaft mit Ausnahme einer freien, am Ende das Tastelement umfassenden Biegelänge, in einer starren oder im Wesentlichen starren Führung verläuft, die von einer Halterung ausgeht, die mit wenigstens einem motorischen Antrieb verstellbar ist. Mit dieser Vorrichtung lässt sich die Antastkraft des Tastelementes an die Gegebenheiten der Oberflächeneigenschaften des Objekts anpassen. Bei­ spielsweise kann die Antastkraft so auf die Härteeigenschaften der Oberfläche abgestimmt werden, dass eine möglichst hohe Messgenauigkeit erzielt wird.

Insbesondere bestimmt die Anordnung die Antastkraft aus dem Messwert der Auslenkung des Tastelements nach folgender Gleichung:

worin mit F die Antastkraft, mit f die Auslenkung, mit l die Länge des Schafts in seiner wirksamen Biegelänge, mit E der Elastizitätsmodul des Schafts und mit I das axiale Flächen­ moment des Schafts bezeichnet sind. Da in dieser Gleichung außer der Auslenkung f und der Antastkraft alle Größen konstant sind, kann die Auslenkung unter Berücksichtigung der Konstanten in der Einheit der Antastkraft geeicht werden.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist ein optisches System zur Erfassung der Auslenkung des Tastelementes oder der Zielmarke aus einer Ruhelage vorgesehen und zumindest mit dem Tastelement und dem Schaft als Einheit bewegbar. Mit dem System, mit dem insbesondere auch die Oberflächentopographie bestimmt wird, kann die Ruhelage des Tastelements bzw. der wenigstens einen Zielmarke oder mehrere Zielmarken bestimmt werden, wenn keine Berührung mit einem Objekt oder Gegenstand stattfindet. Die ent­ sprechende geometrische Position des Tastelements oder der wenigstens einen Zielmarke kann gespeichert werden und bei Lageänderung des Systems entsprechend angepasst werden. Bei Berührung des Tastelements mit einer Objektoberfläche wird der Unterschied zwischen Ruhelage und Position bei Berührung erfasst, z. B. aus der Tastelementlage und der zugeord­ neten Ruhelage. Das optische System zur Erfassung der Auslenkung des Tastelements oder der Zielmarke ist insbesondere als Istwertgeber in einem Regelkreis angeordnet, dessen Regelgröße die Antastkraft ist und der als Stellglied mindestens einen motorischen Antrieb für die Bewegung der das Tastelement, den Schaft und den Sensor enthaltenden Einheit aufweist. Das Tastelement kann am Schaft durch Kleben, Schweissen oder sonstige geeignete Verbindsarten angebracht sein. Auch kann das Tastelement und/oder die Zielmarke ein Ab­ schnitt der Tastverlängerung selbst sein.

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

Um nahezu beliebige Strukturen bestimmen zu können, ist des Weiteren vorgesehen, dass das Tastelement mit dem Schaft und dem optischen System von einer in fünf Freiheitsgraden justierbaren Halterung verstellbar ist. Die Halterung selbst kann wiederum mit dem Sensor eine Einheit bilden bzw. mit dem Sensor verbunden sein. Vorzugsweise sind das Testelement und der Schaft ein Lichtleiter, wobei dem Tastelement über den Lichtleiter Licht zuführbar ist. Hierbei leuchtet das Tastelement, das als Lichtfleck oder Lichtpunkt von dem optischen System erfasst wird. Das Tastelement und/oder die wenigstens eine Zielmarke können auch lichtreflektierend ausgebildet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, das Tastelement und/oder die Zielmarke als selbstleuchtendes Element wie LED auszubilden.

Das optische System, das zur Bestimmung der Auslenkung des Tastelements aus seiner Ruhelage und zur Strukturmessung verwendet wird, ist insbesondere eine elektronische Kamera. Die Messung der Auslenkung geschieht insbesondere auch mit einem Fokussystem, wie dies in der optischen Koordinatenmesstechnik bei der Fokussierung auf die Werkstück­ oberfläche bereits bekannt ist. Hierbei wird die Kontrastfunktion des Bildes in der elek­ tronischen Kamera ausgewertet.

Zur Strukturbestimmung der Objekte wird die direkte Messung der Tastelementposition genutzt. Grundsätzlich kommen für diese direkte Messung viele unterschiedliche physikali­ sche 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 aufzunehmen (z. B. aus Sicherheitsgründen, aber auch um den Aufwand für eine genaue Positionierung zu ver­ ringern), kann auch ein photogrammetrisches Verfahren eingesetzt werden. Zwei Kamerasy­ steme 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 eine 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, di 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 ausgerichtet ist.

Es ist auch erfindungsgemäß möglich, auf dem als Lichtleitfaser ausgebildeten Schaft weitere beleuchtete Kugeln oder sonstige Zielmarken anzubringen, die Position dieser Zielmarken ins­ besondere photogrammetrisch zu erfassen, und die Auslenkung des Tastelements entspre­ chend zu berechnen. Kugeln stellen dabei vergleichsweise ideale, eindeutige Zielmarken dar, die es auf der Faser ansonsten nicht gibt. Eine gute Lichteinkopplung in die Kugeln erreicht man durch Störung der Lichtleitereigenschaften des Schafts, indem man z. B. die durchbohr­ ten volumenstreuenden Kugeln auf den Schaft, d. h. der Tasterverlängerung aufsteckt 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) experimentell erfasst (kalibriert) wird. Auch ist hier wieder die Anmessung von entlang der Faser aufge­ brachten Zielmarken anstelle der Abmessung der Faser selbst möglich.

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 -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiel.

In der Zeichnung ist schematisch eine Anordnung zur Erfassung der Oberflächentopographie bzw. der Oberflächenstruktur bzw. der Geometrie von Gegenständen bzw. Objekten darge­ stellt. Die Anordnung enthält ein Tastelement 10, insbesondere eine lichtdurchlässige Kugel. Das Tastelement 10 ist mit einem Schaft 12, einem Lichtleiter, in Form von Lichtleitfasern verbunden. Der Schaft 12 ist in einer steifen Hülle 14 oder Hülse mit einem ersten, nicht näher bezeichneten Abschnitt geführt. Die Hülse 14 fixiert die Lage dieses Abschnitts. Ein zweiter Abschnitt 16 des biegeelastischen Schafts 12 ragt aus der Hülse 14 heraus und trägt an seinem Ende das Tastelement 10. Durch die Länge des Abschnitts 16 wird die wirksame Biegelänge des Schafts 12 bestimmt bzw. durch Verschiebung des Schafts innerhalb der Hülse 14 gezielt verändert.

Die Hülse 14 ist an ihrem, dem Abschnitt 16 abgewandten Ende in einem Halter 18 befestigt, der mit einem Gehäuse 20 verbunden ist. Im Gehäuse 20 befindet sich vor dem nicht dargestellten Ende des Schafts 18 eine Optik 22, mit der das von einer Lichtquelle 22 ausge­ sandte Licht in den Schaft 12 eingespeist wird. Mit dem Gehäuse 24 ist eine Einheit 26 ver­ bunden, die ein nicht näher bezeichnetes optisches System zur Messung der Position des Tastelements 10 enthält. Zur Positionserfassung des Tastelements 10 kann eine Einrichtung verwendet werden, die an sich bekannt ist und auch zur Strukturvermessung eingesetzt wird. Die Position des Tastelements 10 kann mit einem Sensor, z. B. einem elektronischen Bildver­ arbeitungssystem wie elektronischer Kamera festgestellt werden. Auch kann die Position des Tastelements 10 bei dessen Berührung mit dem Messobjekt durch Auswertung einer Kon­ trastfunktion des Bildes mittels einer elektronischen Kamera erfasst werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Position des Tastelements 10 bei Berührung mit dem Mess­ objekt aus einer Größenänderung des Bildes wenigstens einer Zielmarke zu bestimmen, die am Schaft 12 angeordnet ist. Die Größenänderung ergibt sich aus dem strahlenoptischen Zusammenhang zwischen Objekt-Abstand und Vergrößerung.

Die Position des Tastelements 10 lässt sich auch aus der scheinbaren Größenänderung der Zielmarke ermitteln, die aus dem Kontrastverlust durch Defokussierung entsteht. Dabei wird die Position bei Berührung des Tastelements und des Objekts im Vergleich zur optischen Achse 28 des Bildverarbeitungssystems bzw. der elektronischen Kamera oder alternativ mit einem Photogrammetriesystem bestimmt.

Bei der Berührung zwischen Tastelement 10 und Objekt wirkt zwischen beiden eine Kraft, die einen Einfluss auf die Messergebnisse hat. Um eine genaue Messung zu erreichen, wird diese Antastkraft den Gegebenheiten des Objekts z. B. der Oberflächenhärte, Oberflächenrau­ higkeit usw. angepasst. Dazu wird die Antastkraft zuerst gemessen. Die Messung der Antast­ kraft geschieht durch Erfassung der Auslenkung bzw. Biegung des Abschnitts 16 des Schafts 12. Die Größe der Auslenkung wird durch den Unterschied zwischen der Position des Tastelements 10 in der Ruhelage, die in der Zeichnung dargestellt ist, und der Lage bei Berührung zwischen Tastelement und Objekt bestimmt. Dabei nutzt man den erfindungs­ gemäßen Gedanken, dass der Schaft 12 über eine definierte Länge nur biegbar ist, nämlich dem Abschnitt 16, der über der Hülse 14 vorsteht.

Die Antastkraft F wird dabei nach folgender Gleichung bestimmt:

mit l = Länge des Abschnitts 16, d. h. der freien Faser, f = Durchbiegung (Auslenkung des Antastelements 10 aus der Ruhelage), E = Elastizitätsmodul des Schafts 12 bzw. Abschnitts 16 und I = axiales Flächenmoment des Schafts 12 bzw. Abschnitts 16.

Die Ruhelage des Tastelements 10 wird mit dem optischen System der Einheit 26 gemessen. Der Abschnitt 16 und ein Teil 30 der steifen Hülle 14 verlaufen längs der optischen Achse 28. Die Hülle 14 ist abgewinkelt bzw. gebogen. Der andere, nicht näher bezeichnete abgewin­ kelte Teil der Hülle 14 ist mit seinem Ende an der Hülse 18 befestigt.

Das Gehäuse 20 mit der Lichtquelle 24 und der Optik 22 ist mit der Einheit 26 auf einem gemeinsamen Träger 32 angeordnet, der nur schematisch dargestellt ist. Der Träger 32 ist wenigstens in den drei Richtungen des kartesischen Koordinatensystems motorisch verstell­ bar. Vorzugsweise ist der Träger in fünf Freiheitsgraden verstellbar.

Bei der Verstellung des Trägers 32 im Raum, d. h. bei der Änderung der Orientierung der optischen Achse 28 wird die Lage des Tastelements 10 in der Ruheposition, die dieser Lage der Achse im Raum entspricht, durch Berechnung ermittelt.

Berührt das Tastelement 10 eine Objektoberfläche, dann wird mit dem optischen System der Einheit 26 aus der Größe der Auslenkung des Tastelements 10 die Antastkraft nach obiger Gleichung bestimmt.

Da bis auf die Antastkraft und die Auslenkung alle Größen der Gleichung Konstante sind, ist die Antastkraft der Auslenkung proportional, wodurch sich die Antastkraft schnell und einfach bestimmen lässt. Die Auslenkung des Tastelements 10 wird nicht nur in Verbindung mit der räumlichen Stellung des Trägers 32 zur Messung der Oberflächentopologie sondern auch zur Messung der Antastkraft ausgenutzt.

Die Antastkraft kann auf einem Display angezeigt werden. Durch eine Änderung der Stellung des Trägers 32 mittels eines oder mehrerer motorischer Antriebe, die in der Zeichnung symbolisch durch einen einzigen Motor 34 dargestellt sind, kann die Anstellkraft auf gewünschte Werte eingestellt werden.

Die gemessene Antastkraft wird als Istwert der Regelgröße einem Vergleicher in einem Regelkreis zugeführt, dessen Sollwert mittels einer Eingabeeinheit 36 eingestellt wird. Bestandteil des Regelkreises ist ein Rechner 38, der den Istwert der Regelgröße aus der berechneten Ruhelage des Tastelements 10 im Raum in Bezug auf die jeweilige Lage der optischen Achse im Raum und der gemessenen Auslenkung bestimmt und der an Hand des Sollwertes die Regelabweichung ermittelt. Der Rechner 38 gibt über eine Ansteuerschaltung 40 Stellsignale an den Motor 34 aus. Durch die Regelung wird die Antastkraft auf einem gleichbleibenden oder nahezu gleichbleibenden Wert gehalten. Dies hängt vom gewählten Regelalgorithmus ab. Auf diese Weise wird die Antastkraft an die Gegebenheiten des Messobjekts angepasst und während der Messung der Struktur beibehalten. Für die gewählte Höhe der Antastkraft ist die Oberflächentopologie und die Oberflächenhärte des Messobjekts bestimmend.

Das für die Bestimmung der Antastkraft verwendete Tastelement 10 ist das gleiche wie für die Messung der Oberflächentopographie.

Die steife Hülle 14 bzw. Hülse ist vorzugsweise aus Metall.

Die Antastkraft wird bei der Messung von Strukturen an Objekten, die geringe Materialhärten haben bzw. nachgiebige Oberflächeneigenschaften haben, auf geringe Werte eingestellt, wodurch der Einfluss der Antastkraft auf die Messgenauigkeit nur gering ist.

Claims (16)

1. Verfahren zur Messung von Strukturen eines Objekts mittels eines einem Koordina­ tenmessgerät zugeordneten, am Ende eines biegeelastischen Schafts angeordneten Tastelements, wobei das Tastelement mit dem Objekt in Berührung gebracht und sodann seine Position unmittelbar oder mittelbar über wenigstens eine dem Tastele­ ment zugeordnete Zielmarke mit einem optischen Sensor bestimmt und die nach der Berührung zwischen Tastelement und Objekt auftretende Antastkraft des Tastelements aus dessen Auslenkung aus einer Ruhelage ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft mit Ausnahme einer freien, am Ende das Tastelement umfassenden definierten Biegelänge innerhalb einer starren oder im Wesentlichen starren Führung verläuft und dass die Antastkraft auf einen an die Gegebenheiten des Objekts ange­ passten Wert durch eine Verstellbewegung des Schafts eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antastkraft des Tastelements nach folgender Gleichung bestimmt wird:
worin mit F die Antastkraft, mit E der Elastizitätsmodul des Schafts, mit l die freie wirksame Biegelänge des Schafts außerhalb der Führung, mit I das axiale Flächen­ moment des Schafts und mit f die Auslenkung des Tastelements aus seiner Ruhelage bezeichnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antastkraft als Regelgröße in einem Regelkreis auf einen vorgebbaren, gleichbleibenden oder nahezu gleichbleibenden Wert eingestellt wird und dass eine Halterung, von der die Führung mit dem Tastelement ausgeht, von wenigstens einem motorischen Antrieb als Stellglied bewegt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkung des Tastelements mittels des optischen Sensors gemessen wird, der die Stellung des Tastelements in dessen Ruhelage und die Stellung des Tast­ elements bei Berührung mit der Oberfläche eines Objekts erfasst.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung des Tastelements und/oder der zumindest einen Zielmarke mittels von diesem bzw. dieser reflektierter Strahlung und/oder von dem Tastelement ab­ strahlender Strahlung und/oder von dem Tastelement und/oder der zumindest einen Zielmarke erzeugtem Schatten bestimmt wird.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Ruhelage des Tastelements in einer vorgegebenen ersten Position des optischen Sensors gemessen wird, dass weitere Ruhelagen des Tastelements in von der ersten Position des optischen Sensors abweichenden Positionen aus der vorgegebe­ nen ersten Position und der Lageänderung des optischen Sensors bestimmt werden und dass die Lage des Tastelements bei Berührung mit dem Objekt mit dem optischen Sensor gemessen und die Messwerte für die Struktur des Objekts und die Bestimmung und Auslenkung der Antastkraft verarbeitet werden.

7. Anordnung zur Messung von Strukturen eines Objekts mittels eines einem Koor­ dinatenmessgerät zugeordneten, am Ende eines biegeelastischen Schafts angeordneten Tastelements, das mit dem Objekt in Berührung bringbar ist, mit Mitteln, um dessen Position sodann unmittelbar oder mittelbar über wenigstens eine dem Tastelement zugeordnete Zielmarke mit einem optischen Sensor zu bestimmen, und mit Mitteln, um aus der Größe der Auslenkung des Tastelements aus der Ruhelage die Antastkraft zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (12) mit Ausnahme einer freien, am Ende das Tastelement (10) um­ fassenden Biegelänge, in einer starren oder im Wesentlichen starren Führung (14) verläuft, die von einer Halterung ausgeht, die mit wenigstens einem motorischen Antrieb (34) verstellbar ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antastkraft aus dem Wert der Größe der Auslenkung nach folgender Glei­ chung bestimmt wird:
worin mit F die Antastkraft, mit f die Größe der Auslenkung aus der Ruhelage, mit l die Länge des elastischen Schafts (12) zwischen dem Tastelement (10) und einer starren Hülse (30), mit E der Elastizitätsmodul des Schafts (12) und mit I das axiale Fächenmoment des Schafts (12) bezeichnet sind.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches System zur Erfassung der Auslenkung des Tastelements (10) oder der wenigstens einen Zielmarke aus der Ruhelage vorgesehen und zumindest mit dem Tastelement (10) und dem Schaft (12) als Einheit bewegbar ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System zum Erfassen der Auslenkung des Tastelements (10) in einem Regelkreis angeordnet ist, dessen Regelgröße die Antastkraft ist und der als Stellglied wenigstens einen motorischen Antrieb (34) für die Bewegung der das Tast­ element (10), den Schaft (12) und den Sensor enthaltenden Einheit aufweist.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastelement (10) mit dem Schaft (12) und dem optischen System von einer in fünf Freiheitsgraden bewegbaren Halterung (32) verstellbar ist.

12. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System zur Bestimmung der Auslenkung des Tastelements (10) eine elektronische Kamera oder ein Fokussystem ist.

13. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System zur Erfassung der Auslenkung des Tastelements (10) aus der Ruhelage auch für die Messung der Struktur des Objekts vorgesehen ist.

14. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rechner (38) für die Berechnung der Position des Tastelements (10) in Bezug auf die Lage des optischen Systems bei der Messung der Ruhelage des Tastelements und bei Änderung der Lage des optischen Systems im Raum vorgesehen ist.

15. Anordnung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastelement (10) und der Schaft (12) Lichtleiter sind und dass dem Tast­ element (10) über den Lichtleiter Licht zuführbar ist.

16. Anordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (12) innerhalb der Führung (14) verschiebbar angeordnet ist.