DE4345091C2 - Meßtaster mit mehrdimensionalem Tastsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßtaster mit mehrdimensionalem Tastsystem mit einem eine Tastspitze tragenden Tastarm, der an einem Basiskörper über reibungsarme spielfreie La­ germittel um einen Hauptdrehpunkt schwenkbar gelagert ist.

Längenmeßtaster, die als sogenannte Formmeßtaster zum Ab­ tasten und meßtechnischen Erfassen eines Prüflingprofiles oder zur Feststellung dessen Abweichungen von einem Soll­ profil Verwendung finden, arbeiten mit ein, zwei- oder dreidimensional messenden Tastsystemen und sind in der Praxis in einer Reihe von Ausführungsformen bekannt. Bei­ spiele hierfür sind beschrieben in CNC-Koordinatenmeßtech­ nik Prof. Dr.-Ing. Wilfried J. Barz, Expert Verlag 1988, Seite 14 ff. und Seite 367. Bei dort erläuterten und dar­ gestellten Tasterbauarten mit messendem 3D-Tastsystem sind mehrere Einzeltastsysteme koaxial hintereinander geschal­ tet, die den einzelnen Koordinatenachsen zugeordnet sind und jeweils mit Federparallelogrammen zur Lagerung des Tastarmes versehen sind. Abgesehen von dem durch dieses Konstruktionsprinzip bedingten verhältnismäßig hohen kon­ struktiven Aufwand ergeben sich beträchtliche Massenträg­ heitsmomente bei der Tastarmauslenkung, während anderer­ seits der Tastarm koaxial zu einem übereinander angeordnet Einzeltastsysteme enthaltenden, im wesentlichen zylindri­ schen Gehäuse angeordnet ist, mit der Folge, daß der Ab­ stand zwischen der Tastarmachse und dem nächstliegenden Gehäuseaußenumriß im wesentlichen durch die Abmessungen der Einzeltastsysteme vorgegeben ist. Für die Antastung komplizierter Prüflinge ist es aber häufig erwünscht, mit der Tastarmachse möglichst nahe an die abzutastende Ober­ flächenkontur heranfahren zu können ohne durch Störkanten daran gehindert zu sein.

Grundsätzlich gleiches gilt auch für ein anderes in der erwähnten Literaturstelle beschriebenes messendes 3D-Tast­ system, von dem die Erfindung ausgeht und bei dem der Tastarm mittig an einer kreisrunden Membranfeder befestigt ist, die randseitig in ein zylindrisches Gehäuse einge­ spannt ist. Die Membranfeder ist mit bogenförmigen Schlit­ zen versehen, die so bemessen und angeordnet sind, daß die Membranfeder sowohl Schwenkbewegungen als auch eine axiale Translationsbewegung des Tastarmes erlaubt. Zur Erfassung der Auslenkungen des über die Membranfeder an dem Gehäuse in einem Hauptdrehpunkt schwenkbar gelagerten Tastarms sind drei Meßwertwandler in Gestalt induktiver Wegaufneh­ mer vorgesehen, von denen zwei radial zu der Tastarmachse ausgerichtet oberhalb der Membranfeder angeordnet und mit einer Verlängerung des Tastarms gekoppelt sind, während der dritte Wegaufnehmer unmittelbar auf der Verlängerung des Tastarms sitzt, um damit Bewegungen des Tastarms in der Tastarmachsrichtung zu erfassen. Die Biegungsverhält­ nisse einer solchen Membranfeder, bei der die Hauptbie­ gungslinien durch auf Torsion beanspruchte stehengebliebe­ ne Stege der an sich flachen Feder gebildet sind, sind kompliziert und nicht genau definiert. Außerdem sind die Meßwertwandler bei einer Auslenkung der Tastspitze auch quer zu ihrer Hauptbetriebsrichtung beaufschlagt, was zu mehrdeutigen Meßwertsignalen Anlaß gibt. Die mit diesem Taster zu erzielende Genauigkeit ist deshalb beschränkt.

Aus der DE 37 27 923 A1 ist außerdem ein dynamischer Tast­ kopf für Meßmaschinen und für den Einsatz in Bearbeitungs­ maschinen zur Lösung von Meßaufgaben bekannt, der einen zentral eingesetzten und in mindestens zwei Koordinaten­ richtungen auslenkbaren Taster aufweist, der an einer starren Scheibe befestigt ist, welche über vier Gelenkach­ sen gelagert ist, von denen jeweils zwei Gelenkachsen par­ allel und im Abstand voneinander angeordnet sind, während die beiden so gebildeten Gelenkarmpaare um 90° gegenein­ ander versetzt sind. Die Anordnung der zur Erfassung der Bewegung des Tasters dienenden Meßwertwandler ist im ein­ zelnen nicht geoffenbart. Die Verwendung von drei Meßwert­ wandlern zum Messen der mechanischen Verschiebung einer Tastspitze in der x-, y- und z-Richtung mit nachgeordneter Entkopplung und Auswertung der Meßsignale mittels Rechner bei einem kugelgeführten 3-Koordinaten-Meßtaster ist da­ neben aus der DE 38 42 032 C1 bekannt.

Solche 3-Koordinaten-Meßtaster sind nicht zum Formmessen (Scanning) mit einstellbarer Meßkraft bestimmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Taster mit einem mes­ senden mehrdimensionalen Tastsystem zu schaffen - das auch erforderlichenfalls als mehrdimensionales schaltendes Tastsystem eingesetzt werden kann - und das sich bei ge­ ringem Aufwand durch hohe Genauigkeit in allen sinnvollen Betriebssituationen und Stellungen auszeichnet sowie eine vielfältige Anpassung an die jeweiligen Einsatzbedingungen und örtlichen Gegebenheiten der Meßaufgabe erlaubt.

Der erfindungsgemäße Meßtaster mit mehrdimensionalem Tast­ system weist die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. Er hat einen eine Tastspitze tragenden Tastarm, der an einem Basiskörper über reibungsarme spielfreie Lagermittel um einen Hauptdrehpunkt schwenkbar gelagert ist; er ist mit Lagermitteln für den Tastarm versehen, die drei Kippachsen aufweisen, von denen zwei in einer Ebene liegend recht­ winklig zueinander angeordnet sind und sich in dem Haupt­ drehpunkt oder in dessen Nähe schneiden und die dritte Kippachse in einem Abstand von dem Hauptdrehpunkt ver­ läuft. Er ist mit wenigstens drei Meßwertwandlern ausgerü­ stet, von denen jeder für sich mit dem Tastarm und dem Basiskörper kardanisch verbunden ist und die zur Erfassung der bei einer Auslenkung der Tastspitze auftretenden rota­ torischen Bewegungskomponenten um die Kippachsen und einer gegebenenfalls auftretenden translatorischen Bewegungskom­ ponente in einer zu der die Kippachsen enthaltenden Ebene rechtwinkligen Richtung eingerichtet sind. Die Meßwert­ wandler sind derart angeordnet, daß bei einer Auslenkung der Tastspitze jeder Meßwertwandler lediglich eindimensio­ nal in seiner Hauptbetriebsrichtung beaufschlagt ist. Zum Verarbeiten der von den Meßwertwandlern abgegebenen Meß­ wertsignale zu einem für die Auslenkung der Tastspitze kennzeichnenden Meßwert sind entsprechende Mittel vorhan­ den. Außerdem ist er mit einer Einrichtung zur Beschrän­ kung der Schwenkbeweglichkeit des Tastarmes auf eine ein­ dimensionale Schwenkbewegung in einer Schwenkebene verse­ hen, die den Hauptdrehpunkt enthält und rechtwinklig zu der die beiden sich schneidenden Kippachsen (U, V) enthal­ tenden Ebene verläuft.

Dadurch, daß der Tastarm an dem Basiskörper über Lagermit­ tel gelagert ist, die drei definierte Kippachsen aufweisen und daß alle Meßwertwandler fest mit dem Tastarm und dem Basiskörper verbunden sind, ergibt sich eine sehr hohe Genauigkeit des Tasters. Die Verbindung Tastspitze-Meß­ wertwandler bleibt in allen Betriebszuständen (z. B. Scan­ ning oder Zentralkraftbetrieb) und in allen räumlichen Lagen des Tasters unverändert, wobei alle drei Wandler fest auf demselben Basiskörper sitzen. Die bei einer Hin­ tereinanderschaltung von Meßwertwandlern auftretende Kumu­ lierung systematischer Meßabweichungen ist hier von vor­ neherein vermieden. Die Kippachsen gewährleisten einwand­ frei definierte Bewegungsverhältnisse, wobei genau besehen die Tastspitze bei der seitlichen Auslenkung sich auf ei­ ner Kugelkalotte bewegt. Die dem Tastarm zugeordnete Ein­ richtung zur Beschränkung seiner Schwenkbeweglichkeit im Hauptdrehpunkt auf eine eindimensionale Schwenkbewegung in einer Schwenkebene erlaubt den universellen Einsatz des neuen Meßtasters als Formmeßtaster (Scanning).

Die drei Kippachsen sind in der Regel in einer gemeinsamen Ebene liegend angeordnet. Außerdem ist es von Vorteil, wenn die drei Meßwertwandler an den Ecken eines gedachten Dreiecks angeordnet sind, von dem zwei sich in dem Haupt­ drehpunkt oder in dessen Nähe schneidende Seiten jeweils einen im wesentlichen gleichen Winkel mit den beiden vom Hauptdrehpunkt ausgehenden Kippachsen einschließen oder mit diesen Kippachsen zusammenfallen. Optimal wäre es da­ bei, wenn das gedachte Dreieck ein rechtwinkliges Dreieck wäre, dessen beide Katheten parallel zu den beiden zuge­ ordneten Kippachsen verlaufen. Aus räumlichen und konstruktiven Gründen ist dies häufig nicht möglich; man kann dann die Anordnung auch so treffen, daß die beiden Seiten des gedachten Dreiecks einen beliebigen Winkel, bspw. von 60°, miteinander einschließen, wobei das Dreieck symmetrisch zu den beiden erwähnten Kippachsen liegt, wäh­ rend die dritte Seite des gedachten Dreiecks im wesentli­ chen parallel zu der dritten Kippachse verläuft.

In der praktischen Ausführung kann aber erforderlichen­ falls auch von dieser symmetrischen Anordnung des 60°-Sy­ stems abgewichen werden, wobei aus konstruktiven Gründen der Ursprung dieses Systems, d. h. die entsprechende Ecke des gedachten Dreiecks nicht genau mit dem Hauptdrehpunkt zusammenfällt. Alle diese Abweichungen der Anordnung der Verankerungspunkte der Meßwertwandler von einem 90°-System entsprechend dem gedachten rechtwinkligen Dreieck führen dazu, daß die den beiden sich in dem Hauptdrehpunkt schneidenden Kippachsen zugeordneten Meßwertwandler nicht genau die auf die jeweilige Kippachse bezogene rotatori­ sche Bewegungskomponente messen, so daß eine durch die geometrische Lage des Angriffspunktes des jeweiligen Meß­ wertlagers in Bezug auf die zugeordnete Kippachse bedingte dreidimensionale Transformation erforderlich ist. Die Transformationskoeffizienten können grundsätzlich errech­ net werden; in der Regel werden sie aber für jeden Taster aus Messungen ermittelt, wobei digital mit den genauen Ko­ effizienten gerechnet werden kann. Die Transformation selbst wird von den Signalverarbeitungmitteln, an die die Meßwertwandler ausgangsseitig angeschlossenen sind, vor­ genommen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Tastarm mit einer seitlich vorragenden Tastarmtragplatte starr verbun­ den, die mittels der Lagermittel an dem Basiskörper gela­ gert ist, wobei die Meßwertwandler mit der Tastarmtrag­ platte an entsprechenden Verankerungspunkten jeweils über eine im wesentlichen kardanische Lagerung verbunden sind, die in der oben erläuterten Zuordnung zu den Kippachsen angeordnet sind. Um das Gewicht der Tastarmtragplatte und der darauf angeordneten Teile bezüglich der dritten Kipp­ achse auszugleichen, ist eine eigene Ausgleichseinrichtung vorgesehen. Diese Einrichtung weist einen an dem Basiskör­ per schwenkbar gelagerten doppelarmigen Hebel auf, dessen einer Hebelarm mit der Tastarmtragplatte gekoppelt ist und dessen anderer Hebelarm mit einem Ausgleichsgewicht ver­ sehen ist. Damit wird der Vorteil erreicht, daß der Ge­ wichtsausgleich für den Tastarm und die Tastarmtragplatte automatisch nur in der Betriebsstellung des Tasters wirk­ sam ist, in der er auch erforderlich ist. Arbeitet der Taster beispielsweise mit horizontaler Ausrichtung des Tastarms, so ist das Ausgleichsgewicht automatisch wirkungslos.

Um mit dem Taster in Meßrichtung sehr nahe an dem Prüfling heranfahren zu können und mit dem Tastarm auch bei beeng­ ten oder winkligen Platzverhältnissen am Prüfling einwand­ frei messen zu können, ist es in der Regel von Vorteil, daß die Tastarmtragplatte zumindest bereichsweise mit dreieckförmigen Umriß ausgebildet ist und der Tastarm in der Nähe einer Ecke des Dreiecks abgehend angeordnet ist. Diese Ausbildung der Tastarmtragplatte bedingt zusammen mit anderen konstruktiven Gesichtspunkten aber in der Re­ gel, daß der Hauptdrehpunkt nicht mit dem Massenschwer­ punkt des die Tastarmtragplatte enthaltenden beweglichen Systems zusammenfällt. Um die durch diese "exzentrische" Anordnung bedingten Drehmomente bezüglich der beiden sich in dem Hauptdrehpunkt schneidenden Kippachsen (U, V) aus­ zugleichen, ist eine eigene Ausgleichseinrichtung vorgese­ hen. In einer zweckmäßigen Ausbildung weist diese Aus­ gleichseinrichtung einen an dem Basiskörper schwenkbar gelagerten doppelarmigen Hebel auf, dessen einer Hebelarm mit der Tastarmtragplatte gekoppelt und dessen anderer Hebelarm mit einem Ausgleichsgewicht versehen ist.

Bei dem neuen Taster sind mit Vorteil Vorkehrungen zur Erzeugung einer Zentralkraft vorgesehen, die bestrebt ist, nach einem Auslenken der Tastspitze in einer beliebigen Raumrichtung diese und damit den Tastarm wieder in eine definierte Mittelstellung zurückzuführen. Dazu sind den Kippachsen erste und zweite Zentralkrafterzeugungsmittel zugeordnet, deren zweckmäßige konstruktive Ausbildung an­ hand des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels des neuen Tasters erläutert werden wird.

Diese Zentralkrafterzeugungsmittel sind insbesondere dann von Bedeutung, wenn der Meßtaster als 3D-Meßtaster für Punktantastung verwendet wird. Der Meßtaster arbeitet dann in der Regel wie ein schaltendes Meßsystem, wobei die Aus­ lösung der Schaltfunktion über die entsprechende durch die Auslenkung der Tastspitze bewirkte Verschwenkung der Tast­ armtragplatte, um die jeweilige Kippachse erfolgt, die von den Meßwertwandlern aufgenommen und in Gestalt ent­ sprechender Informationen an die Signalverarbeitungsmittel weitergegeben wird. Der Meßtaster kann deshalb auch als ein 3D-messender-Punkttaster mit sechs Antastrichtungen eingesetzt werden.

Um die Antastrichtung beim Scanning-Betrieb entsprechend den Gegebenheiten des Prüflings einstellen zu können, kann die Einrichtung Mittel enthalten, um die Schwenkebene um eine durch den Hauptdrehpunkt verlaufende Achse zwischen den beiden sich in dem Hauptdrehpunkt schneidenden Kipp­ achsen (U, V) zu verdrehen. Die konstruktiven Einzelheiten dieser Dreheinrichtung für die Schwenkebene werden anhand des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels des neuen Meßtasters erläutert. Sie ist Teil eines Kraftgene­ rators, der es erlaubt, eine genau bestimmte definierte Meßkraft für die Auslenkung des Tastarms bei der Formmes­ sung (Scanning) einzustellen. Die Bewegung der Tastspitze erfolgt bei diesem Betrieb bei geradem Tastarm in der durch den Hauptdrehpunkt gehenden Schwenkebene; ist der Tastarm beispielsweise gekröpft, so bewegt sich die Tast­ spitze in einer zu dieser Schwenkebene parallelen Ebene.

Die Meßkrafterzeugungseinrichtung enthält mit Vorteil ein Tauchspulsystem, das an einem Verlängerungselement des Tastarmes auf der der Tastspitze abgewandten Seite des Hauptdrehpunkt es angreifend ausgebildet ist und das eine sehr feinfühlige Einstellung der Meßkraft erlaubt. Es kann für die Punktantastung durch eine Sperrvorrichtung arre­ tiert werden, die zweckmäßigerweise in der Verlängerung des Tauchspulsystems angeordnet ist, wie dies im Detail ebenfalls noch erläutert werden wird.

Der neue Meßtaster kann in jeder räumlichen Betriebslage zur 3D-Punktantastung mit Zentralkraft, zur Punktantastung in der Schwenkebene mit eingestellter Meßkraft (Tauchspu­ lenstrom) und zum mehrdimensionalen Scannen eingesetzt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegen­ standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Formmeßmaschine mit einem Meßtaster gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 den Meßtaster nach Fig. 1 im axialen Schnitt in einer Seitenansicht mit weggelassenem Meßkraft­ generator,

Fig. 3 eine vereinfachte Ausführung des Meßtasters nach Fig. 1 zur Veranschaulichung des Punktionsprin­ zips in einer Schnittdarstellung entsprechend Fig. 2,

Fig. 4 die Anordnung nach Fig. 3 in einer Draufsicht und im Ausschnitt,

Fig. 5 die Tastarmtragplatte mit aufgesetztem Meßkraft­ generator des Meßtasters nach Fig. 2 in einer perspektivischen Teildarstellung in einem ande­ ren Maßstab und teilweise aufgeschnitten und

Fig. 6 den Meßkraftgenerator des Meßtasters nach Fig. 2 im axialen Schnitt und in einer Seitenansicht sowie in einem anderen Maßstab.

Der in Fig. 1 an einer Formmeßmaschine 1 als Meßkopf 2 eingesetzte Längenmeßtaster weist einen Tastarm 3 auf, der es erlaubt, an einem bei 4 angedeuteten auf einem Dreh­ tisch 5 gespannten Werkstück Formmessungen (Scanning) vor­ zunehmen oder eine Punktantastung durchzuführen. Die ent­ sprechende Bewegung des Tastkopfes 2 erfolgt über die Formmeßmaschine 1, die drei Schlitten aufweist, von denen ein erster Schlitten 6 in der Y-Richtung, ein zweiter Schlitten 7 in der Z-Richtung und ein dritter Schlitten 8 in der R-Richtung verfahrbar ist. Der Tastkopf 2 sitzt an einem Ausleger 9 des dritten Schlittens 8, an dem er um eine bei 10 angedeutete schräge Achse schwenkbar gelagert ist. Die Anordnung ist derart getroffen, daß der Tastkopf 2 um die Drehachse 10 in drei verschiedene Betriebsstel­ lungen - und die dazwischenliegenden Zwischenstellungen - geschwenkt werden kann, in denen der Tastarm, wie darge­ stellt vertikal oder horizontal mit wahlweise einer von zwei rechtwinklig zueinander orientierten Antastrichtungen betrieben wird, so daß an dem Werkstück 4 alle innen und außen erforderlichen Formmessungen mit dem gleichen Tast­ kopf 2 vorgenommen werden können.

Der Tastkopf 2 selbst hat, wie aus Fig. 1 ersichtlich, eine charakteristische, im wesentlichen balkenförmige Ge­ stalt mit parallelen Seitenflächen 11 und einer rechtwink­ lig dazu verlaufenden Bodenfläche 12, an die sich auf der Rückseite eine schräge, mit der Bodenfläche 12 einen spit­ zen Winkel einschließende hintere Stirnfläche 13 an­ schließt, an der die Befestigung an einem die Drehachse 10 enthaltenden Lagermechanismus erfolgt. Die gegenüberlie­ gende Stirnseite ist bei 14 im Querschnitt im wesentlichen dreieckförmig gestaltet, wobei der Tastarm 3 in der Nähe der vorderen mittigen vertikalen Stirnkante parallel zu dieser ausgerichtet angeordnet ist. Der Tastarm 3 ist des­ halb in der Draufsicht gesehen praktisch an der Spitze eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet, mit der Folge, daß in der Nähe des Tastarmes 3 kaum Störkanten vorhanden sind. Der Tastarm 3 kann deshalb sehr nahe an den jeweili­ gen Prüfling heran bewegt werden, was einen wesentlichen Vorteil dieser Gestaltung des Meßkopfes 2 darstellt.

Der in dem Meßkopf 2 enthaltene Meßtaster ist in seinen wesentlichen Einzelheiten in den Fig. 2 und 5, 6 veran­ schaulicht. Bevor auf diese Fig. im einzelnen eingegangen wird, sollen sein grundsätzlicher Aufbau und das verwende­ te Meßprinzip anhand der Prinzipdarstellung nach den Fig. 3 und 4 erklärt werden:

Der stiftartige Tastarm 3, der endseitig als Tastspitze 15 eine Kugel trägt, ist starr mit einer rechtwinklig zu sei­ ner Achse 16 ausgerichteten Tastarmtragplatte 17 verbun­ den, die an ihrer vorderen Stirnseite bei 18 entsprechend dem Umriß des Tastkopfes 2 dreieckförmig gestaltet ist. Die Tastarmachse 16 liegt in der Längssymmetrieebene 19 (Fig. 4) der Tastarmtragplatte 17 in geringem Abstand von der der Stirnkante 14 des Tastkopfes 2 entsprechenden Ecke 20 des dreieckförmigen Bereiches 18. Die Tastarmtragplatte 17 ist über Lagermittel an einem Basiskörper 21 derart gelagert, daß der Tastarm 3 um einen auf seiner Achse 16 liegenden Hauptdrehpunkt 22 allseitig schwenkbar gelagert ist. Der Hauptdrehpunkt 22 liegt, wie aus Fig. 3 zu erse­ hen, etwas oberhalb der Tastarmtragplatte 17. In ihm schneiden sich zwei in einer gemeinsamen horizontalen Ebe­ ne 23 (Fig. 3) liegende Kippachsen U, V, die in den Lager­ mitteln ausgebildet sind und die, wie aus Fig. 4 zu ent­ nehmen, einen rechten Winkel miteinander einschließen. Die Kippachsen U, V sind bei der in den Fig. 3, 4 veranschau­ lichten vereinfachten Ausführungsform durch Lagermittel realisiert, die zwei Scharniergelenke aufweisen, von denen eines mit Lagerböcken 24 und einem Scharnierstift 25 an der Tastarmtragplatte 17 sowie an einem flachen dreieck­ förmigen Zwischenteil 26 befestigt ist, während durch das andere Scharniergelenk über Lagerbacke 27 und einen Schar­ nierstift 28 das Zwischenteil 26 an einem Haupt- oder Aus­ gleichshebel 29 angelenkt ist, der um eine dritte Kippach­ se W schwenkbar über einen Lagerstift 30 in zwei Lagertei­ len 31 des Basiskörpers 21 gelagert ist. Die dritte Kipp­ achse W verläuft rechtwinklig zu der die Tasterarmachse 16 enthaltenen Symmetrieebene 19 (Fig. 4); sie liegt in der die beiden anderen Kippachsen U, V enthaltenden Ebene 23 (Fig. 3).

Bei einer seitlichen Verschwenkung der Tastspitze 15 führt die Tastarmtragplatte 17 eine rotatorische Bewegung um die Kippachse U oder die Kippachse V oder uni beide Kippachsen aus, die für Größe und Richtung der seitlichen Auslenkung der Tastspitze 15 kennzeichnend ist. Eine Schwenkbewegung um die dritte Kippachse W entspricht einer Auslenkung der Tastspitze 15 in der mit der Tastarmachse 16 zusammenfal­ lenden W-Richtung, wobei sich die Tastarmspitze 15 an sich auf einem Kreisbogen um die Kippachse W bewegt. Für die translatorische Bewegung der Tastspitze 15 in der W-Rich­ tung wirken die drei Kippachsen U, V, W mit einer noch zu beschreibenden Kugelführung für den Tastarm 3 nach Art eines Parallelogrammsystems zusammen.

Um das Gewicht der Tastarmtragplatte 17, des Tastarms 3 und der anderen auf der Tastarmplatte 17 angeordneten Tei­ le auszugleichen, ist auf den von der Tastarmtragplatte 17 abgewandten Hebelarm des doppelarmigen Ausgleichshebels 29 ein Ausgleichsgewicht 32 aufgesetzt. Die dadurch bewirkte Gewichtsbelastung hat den Vorteil, daß sie lediglich dann wirksam ist, wenn der Tastarm 3 in der in Fig. 3 darge­ stellten vertikalen Richtung arbeitet. Arbeitet der Tast­ arm 3 in horizontaler Richtung, so ist kein Gewichtsaus­ gleich erforderlich; das an dem Ausgleichshebel 29 ange­ ordnete Ausgleichsgewicht 32 ist automatisch unwirksam, so daß insoweit keine weiteren Maßnahmen erforderlich sind.

Da der Hauptdrehpunkt 22 aus konstruktiven Gründen in be­ trächtlichem Abstand von dem Massenschwerpunkt der Tast­ armtragplatte 17 und der darauf sitzenden Teile liegt, er­ gibt sich ein Kippmoment bezüglich der Kippachsen U, V. Um dieses Kippmoment auszugleichen, ist eine zweite Aus­ gleichseinrichtung vorgesehen, die einen oberhalb dem Aus­ gleichshebels 29 auf der Oberseite des Grundkörpers 21 bei 34 schwenkbar gelagerten doppelarmigen Hebel 35 aufweist, der einenends über einen Zuganker 36 mit der Tastarmtrag­ platte 17 an einer geeigneten Stelle kardanisch gekoppelt ist und anderenends ein Ausgleichsgewicht 37 trägt, das so bemessen ist, daß die Tastarmtragplatte im Ruhezustand immer in der in Fig. 3 dargestellten Ausrichtung ver­ bleibt.

Die für die Auslenkung der Tastspitze 15 kennzeichnenden rotatorischen Bewegungen der Tastarmtragplatte 17 um die beiden Kippachsen U, V werden ebenso wie die Schwenkbewe­ gungen um die dritte Kippachse W von drei in Gestalt in­ duktiver Weggeber ausgebildeten Meßwertwandlern 38, 39, 40 erfaßt, die für Größe und Richtung dieser Bewegungskompo­ nenten kennzeichnende Meßwertsignale an eine bei 100 (Fig. 2) dargestellte Meßwertverarbeitungseinheit liefern, die aus dieser Information in der Regel digital die Auslenkung der Tastspitze 15 in drei kartesischen Koordinatenrichtun­ gen errechnet.

Idealerweise wären die durch kardanische Drahtgelenke 39a gebildeten Verankerungspunkte der drei Meßwertwandler 38, 39, 40 in den Ecken einem rechtwinkligen Dreiecks anzuord­ nen, dessen Katheten parallel zu den beiden Kippachsen U, V ausgerichtet sind und dessen Scheitel in dem Hauptdreh­ punkt 22 liegt. Unter der Voraussetzung reibungs- und spielfreier idealer Gelenke genügen zur Erfassung der Schwenkbewegung um die beiden Kippachsen U, V an sich zwei Meßwertwandler 38, 39. In der Praxis läßt sich aber nicht vermeiden, daß der Hauptdrehpunkt 22 bei einer seitlichen Auslenkung der Tastspitze 15 auch eine geringe Bewegung in der W-Richtung ausführt, die von dem dritten Meßwertwand­ ler 40 erfaßt wird, der gleichzeitig auch die Schwenkbewe­ gung um die Kippachse W mißt.

Jeder der induktiven Meßwertwandler 38, 39, 40 hat eine Hauptbetriebsrichtung, die mit der Längsachse seines Tauchankers 80 (Fig. 3) zusammenfällt. Der Tauchanker 80 ist in einem die Wandler- oder Meßspule enthaltenden Ge­ häuse 90 längsverschieblich gelagert, wie dies an sich bekannt ist. Der Tauchanker 80 und das Gehäuse 90 jedes Meßwertwandlers 38, 39, 40 sind jeweils über kardanisch wirkende Drahtgelenke, wie bei 39a (Fig. 2) angedeutet, an dem Basiskörper 21 längsbeweglich über Blattfederführungen bzw. an der Tastarmtragplatte 17 kardanisch verankert wie dies aus Fig. 2 zu ersehen ist.

Aus räumlichen Gründen sind die beiden den Kippachsen U, V zugeordneten Meßwertwandler 38, 39 in den Ecken eines in Fig. 4 strichpunktiert eingetragenen, gedachten gleichsei­ tigen Dreiecks angeordnet, dessen dritte Ecke mit dem Hauptdrehpunkt 22 zusammenfällt und das symmetrisch zu den beiden Kippachsen U, V angeordnet ist, wobei die dritte Kippachse W parallel zu der benachbarten Seite dieses ge­ dachten Dreiecks verläuft, dessen andere beiden Seiten mit den Kippachsen U, V jeweils einen Winkel von 15° ein­ schließen.

Ebenfalls aus räumlichen Gründen kann auch der dritte Meß­ wertwandler 40 nicht an dem Hauptdrehpunkt 22 angreifend angeordnet werden. Er ist, wie aus Fig. 4 zu entnehmen, etwas seitlich versetzt.

Die durch die Anordnung der Angriffsstellen der Meßwert­ wandler 38, 39, 40 an der Tastarmtragplatte 17 bedingten speziellen 3-dimensionalen Transformationen der ermittel­ ten Meßwerte werden in der Signalverarbeitungseinheit 100 besorgt. Die entsprechenden Koeffizienten können aus der gegebenen geometrischen Zuordnung der Kippachsen U, V, W und der Meßwertwandler 38, 39, 40 errechnet oder durch entsprechenden Versuch gemessen werden.

Die Meßwertwandler 38, 39, 40 sind, wie bereits erwähnt, über die Tastarmtragplatte 17 einerseits kardanisch mit dem Tastarm 3 verbunden und andererseits unmittelbar je­ weils getrennt für sich an dem Basiskörper 21 über die Blattfederführungen verankert. Damit ist für jeden Meß­ wertwandler ein "direkter Pfad" zwischen dem Tastarm 3 und dem Basiskörper 21 gegeben, der von den anderen Meßwert­ wandlern unabhängig ist. Diese Anordnung gewährleistet eine sehr gute Meßgenauigkeit des Meßtasters.

Auf den mit der Tastarmtragplatte 17 gekoppelten Aus­ gleichshebel 29 wirkt außerdem eine erste Einrichtung zur Erzeugung einer sogenannten Zentralkraft ein. Darunter ist eine Kraft verstanden, die bestrebt ist, den Tastarm 3 bei einer Bewegung in der W-Richtung, d. h. bei einer Ver­ schwenkung um die W-Kippachse wieder in die Mittenstellung zurückzuführen, die in Fig. 3 veranschaulicht ist. Diese Ausgleichseinrichtung weist einen Zentralkrafthebel 41 auf, der unterhalb des Ausgleichshebels 29 achsparallel zu diesem ausgerichtet angeordnet ist. Der Zentralkrafthebel 41 ist an seinem von der Kippachse W entfernt liegenden Ende bei 42 an dem Basiskörper 21 um eine zu der Kippachse W parallele Schwenkachse angelenkt. Er ist gegen den in Fig. 3 rechts von der Kippachse W liegenden Hebelarm des Ausgleichhebel 29 über zwei in Hebellängsrichtung beab­ standete Abstützstellen abgestützt, die mit 43 und 43a be­ zeichnet und durch Schneiden, Stifte oder dergleichen ge­ bildet sind. Zwischen den beiden Abstützstellen 43, 43a greift an den Zentralkrafthebel 41 eine Zugfeder 44 an, die über eine Federhülse 45 gegen den Ausgleichshebel 29 abgestützt ist, derart, daß der Zentralkrafthebel 41 fede­ relastisch gegen den Ausgleichshebel 29 vorgespannt ist.

Bei in der Mittenstellung nach Fig. 3 stehendem Tastarm 3 ist der Zentralkrafthebel 41 parallel zu dem Ausgleichs­ hebel 29 ausgerichtet; er ist gegen diesen an beiden Ab­ stützstellen 43, 43a abgestützt.

Wird nun die Tastspitze 15 des Tastarmes 3 in der W-Rich­ tung nach oben oder unten bewegt, so wird der Ausgleichs­ hebel 29 um die W-Kippachse verschwenkt, mit der Folge, daß abhängig von der Bewegungsrichtung des Tastarmes 3 (nach oben oder nach unten) die eine oder die andere Ab­ stützstelle 43, 43a freigegeben wird, d. h. der Ausgleichs­ hebel 29 und der Zentralkrafthebel 41 schließen einen kleinen Winkel miteinander ein und stehen lediglich über eine einzige Abstützstelle 43 oder 43a miteinander in Ein­ griff. Sowie die Tastspitze 15 wieder freigegeben wird, werden der Ausgleichshebel 29 und der Zentralkrafthebel 41 von der Zugfeder 44 wieder in die in Fig. 3 dargestellte parallele Stellung zurückgeführt, in der beide Abstütz­ stellen 43, 43a wirksam sind und der Tastarm 3 in der ver­ tikalen Mittenstellung steht. Die Größe der auf diese Wei­ se erzeugten Zentralkraft kann durch entsprechende Ein­ stellung der Zugfeder 44 einjustiert werden.

Der im Vorstehenden anhand der Fig. 3, 4 erläuterte Grund­ aufbau des Meßtasters findet sich in der in Fig. 2 veran­ schaulichten Längsschnittsdarstellung durch den Meßkopf 2 in einer praktischen Ausgestaltung wieder. Gleiche Teile sind deshalb mit gleichen Bezugszeichen versehen und im einzelnen nicht nochmals erläutert.

Bei dieser praktischen Ausführungsform sind die Kippachsen U, V, W jeweils durch gerade Biegelinien von kräftigen Blattfedern verwirklicht, die den Vorteil haben, daß sie eine spielfreie reibungsarme Schwenklagerung bewirken. Die beiden Kippachsen U, V sind dabei an einer gemeinsamen dreieckförmigen Blattfeder 260 ausgebildet, die die Stelle des Zwischenteils 26 der Fig. 4 einnimmt und die bei 240 an der Tastarmtragplatte 17 sowie im Bereiche- der der Kippachse U zugeordneten Seite an dem Ausgleichshebel 29 befestigt ist. Die dritte Kippachse W und die Schwenkachse der Schwenklagerung des Zentralkrafthebels 41 bei 42 sind durch Blattfedern 46 bzw. 420 gebildet. Die drei Meßwert­ wandler 38, 39, 40 sind über federnde Haltearme 47, 47a, 48 und einen Bock 49 mit dem Basiskörper 21 derart verbun­ den, daß sie nur in ihrer Hauptbetriebsrichtung, d. h. in der Achsrichtung ihres Tauchankers beaufschlagt sind und keine Auslenkung des Tauchankers quer zu der Meßspule, d. h. quer zu der Hauptbetriebsrichtung erfolgt. Die Halte­ arme 47, 47a, 48 bilden die bereits erwähnten Blattfeder­ führungen. Der Basiskörper 21 ist im übrigen an seiner Vorderseite oberhalb der Tastarmplatte 17 ebenfalls in der Draufsicht dreieckförmig gestaltet; er ist mit der Tast­ armtragplatte 17 durch eine seiner Form angepaßte Abdeck­ haube 50 abgedeckt.

In der beschriebenen Ausführungsform ist der Meßtaster insbesondere als 3D-Punktantaster einsetzbar. Um ihn auch zum Formmessen (Scanning) mit einstellbarer Meßkraft ver­ wenden zu können, sind Hilfseinrichtungen vorgesehen, die an dem Basiskörper 21 oberhalb der Tastarmtragplatte 17 in der Verlängerung des Tastarms 3 angeordnet sind.

Koaxial zu der Tastarmachse 16 ist auf die Tastarmtrag­ platte 17 über eine zweite noch zu erläuternde Zentral­ krafterzeugungseinrichtung 51 ein zylindrisches Verlänge­ rungselement in Gestalt einer Zentralkrafthülse 52 aufge­ setzt die durch eine entsprechende Bohrung 53 in dem Ba­ siskörper 21 nach oben ragt. Diese Zentralkrafthülse 52 ist Teil eines Kraftgenerators zur Erzeugung der Meßkraft beim Scanning-Betrieb in einer ausgewählten Schwenkebene für den Tastarm 3.

Wie insbesondere aus den Fig. 5 und 6 zu entnehmen, weist dieser Kraftgenerator eine Einrichtung zur Beschränkung der Schwenkbeweglichkeit des Tastarmes 3 im Hauptdrehpunkt 22 auf eine eindimensionale Schwenkbewegung in einer Schwenkebene auf, die den Hauptdrehpunkt 22 enthält und rechtwinklig zu der die beiden sich schneidenden Kippach­ sen U, V enthaltenden Ebene 23 (Fig. 3) verläuft. Dabei kann die Schwenkebene um die durch den Hauptdrehpunkt ver­ laufende Tastarmachse 16, d. h. rechtwinklig zu der Ebene 23 verdreht werden.

Im einzelnen weist der in die Bohrung 53 (Fig. 2) des Ba­ siskörpers 21 eingesteckte Kraftgenerator ein mit dem Ba­ siskörper 21 starr verbundenes Basisteil 54 auf, das in einer zu der Bohrung 53 koaxialen Aufnahmebohrung 55 (Fig. 6) eine Lagerhülse 56 enthält, in der ein zylindrisches Lagerelement in Gestalt einer Lagerhülse 57 drehbar gela­ gert ist. Auf die Lagerhülse 57 sind oberhalb des Basis­ teiles 54 ein Schleifringpaar 58, eine Zahnriemenscheibe 59 und ein Stellring 60 aufgesetzt, der mit der Lagerhülse 57 verstiftet ist und damit über die dazwischenliegenden Teile die Lagerhülse 57 axial bezüglich der Lagerhülse 56 fixiert.

In der Lagerhülse 57 ist ein koaxiales Kupplungselement in Gestalt einer Schwenkhülse 61 kleineren Durchmessers an­ geordnet, die die Zentralkrafthülse 52 mit radialem Ab­ stand umgibt. Die Lagerhülse 57 und die Schwenkhülse 61 tragen an ihrem unteren Ende jeweils einen Ringflansch 62 bzw. 63. Die beiden Ringflansche 62, 63 sind axial und radial voneinander beabstandet und durch zwei geteilte, in einer gemeinsamen Durchmesserebene liegende Blattfederele­ mente 64 (Fig. 5) miteinander verbunden, die in entspre­ chende axial fluchtende Schlitze der Ringflansche 62, 63 eingesetzt und an diesen befestigt sind. Die Blattfeder­ elemente 64 bilden ein Schwenklager mit einer definierten, quer zu der Tastarmachse 16 verlaufenden Schwenkachse, die in Fig. 5 bei 65 angedeutet ist. An ihrem Ende ist die Zentralkrafthülse 52 in einer koaxialen Lagerbuchse 66 der Schwenkhülse 61 über eine Kugelführung 67 längsverschieb­ lich geführt. Die Kugelführung 67 ist vorgespannt und da­ mit weitgehend spielfrei. Sie erlaubt außer der Längsver­ schiebung auch eine Drehbewegung.

Über die Zahnriemenscheibe 59 und einen Zahnriemen 68 ist die Lagerhülse 57 mit einem Elektromotor 69 gekuppelt, der in dem Basisteil 54 verankert ist und als Schrittmotor ausgebildet sein kann. Der Elektromotor 69 erlaubt es so­ mit, die Lagerhülse 57 und mit dieser die Schwenkachse 65 um die Tastarmachse 16 zu verdrehen und damit der Schwenk­ ebene des Tastarms 3 und der Antastrichtung eine vorbe­ stimmte Orientierung im Raum zu geben, wie dies im einzel­ nen noch erläutert werden wird.

In der Fortsetzung der Lagerhülse 57 ist ein Tauchspul­ system 70 (Fig. 5, 6) angeordnet, das zur Erzeugung der beim Scanning-Betrieb in der Schwenkebene wirkenden Meß­ kraft dient. Dieses Tauchspulsystem 70 weist einen zylin­ drischen Dauermagneten 72 auf, der über ein Formteil 71 zu einem Ringspalt-Magnetsystem ergänzt ist, in dessen Ring­ spalt eine Tauchspule 73 ragt. Dieses Ringspalt-Magnetsy­ stem ist mit der Lagerhülse 57 über das Formteil 71 starr verbunden, während die Tauchspule 73 über einen Befesti­ gungsbügel 74 starr an der Schwenkhülse 61 befestigt ist. Der Dauermagnet 72 und die Tauchspule 73 sind koaxial zu­ einander mit rechtwinklig zu der Tastarmachse 16 verlau­ fender Achse 75 angeordnet, wobei die Achse 75 auch recht­ winklig zu der Schwenkachse 65 orientiert ist, derart, daß das Tauchspulsystem 70 eine Verschwenkung der Schwenkhülse 61 um die Schwenkachse 65 relativ zu der basiskörperfesten Lagerhülse 57 bewirken kann. Die Erregung der Tauchspule 73 erfolgt über die Schleifringe 58, mit denen gehäusefe­ ste Stromabnehmer 76 (Fig. 6) zusammenwirken.

Schließlich ist in der Verlängerung des Tauchspulsystems 70 noch eine Sperrvorrichtung 77 angeordnet (Fig. 6), die es erlaubt, das Tauchspulsystem 70 zu sperren und damit die Schwenkhülse 61 relativ zu der Lagerhülse 57 unver­ schwenkbar zu arretieren. Die Sperrvorrichtung 77 weist einen auf das Formteil 71 aufgesetzten Betätigungsmagneten 79 auf, der bei 80 auf dem Formteil 71 drehbar gelagert ist. Der Betätigungsmagnet 79 erlaubt es über zwei Stifte 78, 82 und eine bei 81 angedeutete Kulissenscheibe die Sperrung des Tauchspulsystems 70 zu bewirken oder diese frei zu geben.

Aus Fig. 6 ist noch der Aufbau der zweiten Zentralkraft­ erzeugungseinrichtung 51 zu entnehmen, über die die Zen­ tralkrafthülse 52 mit der Tastarmtragplatte 17 verbunden ist. Diese Einrichtung besteht aus einem topfförmigen Ge­ häuse 83, das über eine Anschraubfläche 84 starr an der Tastarmtragplatte 17 angeschraubt ist. Das Gehäuse 83 ent­ hält eine zu der Tastarmachse 16 koaxiale zylindrische Sackbohrung 85, die eine Zugfeder 86 aufnimmt, welche in einem Federwiderlager 87 am Boden der Sackbohrung 85 sowie an einem Querstift 88 an der Zentralkrafthülse 52 veran­ kert ist. An ihrem unteren Ende ist die Zentralkrafthülse mit einem Ringflansch 89 versehen, der das Gehäuse 83 bei 90 topfartig übergreift (Fig. 6) oder alternativ von einem Bord des Gehäuses 83 randseitig umgriffen ist (Fig. 2, 5) und eine ebene rechtwinklig zu der Tastarmachse 16 verlau­ fende Auflagefläche 91 umschließt, welcher eine parallele, ebenfalls ebene Planfläche 92 an der Stirnseite des Gehäu­ ses 83 zugeordnet ist. Zwischen die Auflagefläche 91 und die Planfläche 92 ist ein planparalleler Zwischenring 94 eingelegt.

Diese Zentralkrafterzeugungseinrichtung 51 wirkt nach dem sogenannten "Zylinder-Prinzip", das auf der Erkenntnis beruht, daß Rückstellkräfte, die auf einen Zylinder wir­ ken, der auf einer Unterlage steht und gekippt wird, immer gleich sind, gleichgültig in welcher Richtung der Zylinder ausgelenkt wurde. Wenn deshalb die Tastarmtragplatte 17 gegen die festgehaltene Zentralkrafthülse 52 um die U-, Kippachsen verschwenkt wird, erfährt auch das Gehäuse 83 eine entsprechende Verschwenkung gegenüber dem Ringflansch 89 der Zentralkrafthülse 52. Die mittig angreifende Zug­ feder 86 ist bestrebt, die Tastarmtragplatte und damit den Tastarm 3 wieder in die in Fig. 6 dargestellte Mittenstel­ lung zurückzuführen sowie die Tastspitze 15 freigegeben wird. In dieser Mittenstellung ist der Zwischenring 94 großflächig überall satt aufliegend zwischen der Auflage­ fläche 91 und der Planfläche 92 eingespannt, während die Tastarmachse 16 mit der Achse der Zentralkrafthülse 52 fluchtet.

Zu einem axialen Auseinanderziehen des Gehäuses 83 und der Zentralkrafthülse 52 sind wesentlich größere Kräfte erfor­ derlich als zu dem erläuterten Kippen des Gehäuses 83 be­ züglich der Zentralkrafthülse 52.

Im Formmeß- oder Scanningbetrieb arbeitet der Meßtaster wie folgt:

Durch entsprechende Betätigung des Elektromotors 69 ist die Schwenkachse 65 (Fig. 5) und damit die Schwenkebene der Tastspitze 15 zweckentsprechend im Raum ausgerichtet. Eine Auslenkung der Tastspitze 15 erfolgt nur in dieser Schwenkebene, so daß der Meßtaster als 1D-Formmeßtaster arbeitet. In der zu der Schwenkebene rechtwinkligen Ebene ist der Bewegungswiderstand für den Tastarm 3 sehr groß.

Für die Bewegung der Tastspitze 15 beim Scannen in der eingestellten Schwenkebene können konstante und sehr schnell umschaltbare Meßkräfte nach Wert und Richtung über das Tauchspulsystem 70 eingestellt werden. Das Tauchspulsystem 70 erlaubt es die auf die Tastspitze 15 ausgeübte Andrück- oder Meßkraft in ihrer Größe zwischen Null und einem vorgegebenen Maximalwert mit positivem oder negativem Vorzeichen beliebig einzustellen, wie dies für Innen- und Außenabtastungen von Nöten ist. Die Größe und Richtung der Kraft lassen sich durch einfaches Einstellen des Stromes der Tauchspule 73 bestimmen.

Der Meßbereich für die seitliche Auslenkung der Tastspitze 15 bei der Formmessung ist durch die Abmessungen der Schwenkhülse 61 und der Lagerhülse 57 gegeben. Er beträgt typischerweise ± 1 mm. Die von dem Tauchspulsystem 70 er­ zeugte Meßkraft ist kleiner als die von der Zentralkraft­ erzeugungseinrichtung 51 erzeugte Zentralkraft, so daß im Formmeßbetrieb über die Zentralkrafterzeugungseinrichtung 51 eine starre Kupplung zwischen der Zentralkrafthülse 52 und dem Tastarm 3 erhalten bleibt. Bei Überschreiten des zulässigen Meßbereiches wird diese starre Kupplung bei 51 gelöst, so daß die Zentralkrafterzeugungseinrichtung 51 wie eine Überlastsicherung wirkt.

Die Sperreinrichtung 77 erlaubt eine Umschaltung vom Scan­ ning-Betrieb in den Punktantastbetrieb, in dem sie, wie bereits erläutert, die Schwenkhülse 61 und damit die Zen­ tralkrafthülse 52 unverschwenkbar gegen die Lagerhülse 57 und damit den Basiskörper 21 arretiert. Wenn bei der Punktantastung die Tastspitze 15 seitlich gegen den Prüf­ ling fährt, wird die Tastarmtragplatte 17 um die Kippach­ sen U, V verschwenkt, so daß die Meßwertwandler 38, 39, 40 ein entsprechendes Signal an die Signalverarbeitungsein­ richtung abgeben, das der 3D-Position der Tastspitze 15 entspricht. Aus diesem Signal kann gegebenenfalls ein Schaltsignal abgeleitet werden. Dabei wird das Gehäuse 83 der Zentralkrafterzeugungseinrichtung 51 gegen den festge­ haltenen Ringflansch 89 gekippt, so daß die Zentralkraft für die Rückstellung in die Mittenstellung wirksam wird. Da die Zentralkrafterzeugungseinrichtung 51 keine bevor­ zugte Richtung aufweist, ist der Meßtaster in diesem An­ tastbetrieb ein echter 3D-Punktantaster.

Beim Ziehen bzw. Heben in W-Richtung heben sich der Aus­ gleichshebel 29 und der Zentralkrafthebel 41 in bereits erläuterter Weise um jeweils eine andere Abstützstelle 42 bzw. 43 voneinander ab. Das Blattfederelement 420 sorgt dabei für den nötigen Längenausgleich (Fig. 2).

Abschließend sei noch erwähnt, daß der neue Meßtaster auch im Scanning-Betrieb innerhalb des Bewegungsbereiches der Tastspitze 15 in der Schwenkebene zur Punktantastung ver­ wendet werden kann.

Der Tastarm 3 sitzt auf einer Tastarmkupplungsplatte 170, die Teil einer Kupplungseinrichtung bildet mit der der Tastarm 3 starr an der Tastarmtragplatte 17 befestigt ist (Fig. 2). Zu diesem Zwecke ist in die Tastarmkupplungs­ platte 170, die mit dem Tastarm 3 fest verbunden ist los­ bar an der Tastarmtragplatte 17 angekuppelt. Im gekuppel­ ten Zustand ist eine exakte starre Verbindung zwischen der Tastarmtragplatte 17 und der Tastarmkupplungsplatte 170 vorhanden.

Claims (31)

1. Meßtaster mit mehrdimensionalem Tastsystem, mit einem eine Tastspitze (15) tragenden Tastarm (3), der an einem Basiskörper (21) über reibungsarme spielfreie Lagermittel um einen Hauptdrehpunkt (22) schwenkbar gelagert ist,
mit Lagermitteln für den Tastarm (3), die drei Kipp­ achsen aufweisen, von denen zwei (U, V) in einer Ebe­ ne (23) liegend sich in dem Hauptdrehpunkt (22) schneiden und die dritte Kippach­ se (W) in einem Abstand von dem Hauptdrehpunkt (22) verläuft,
mit wenigstens drei Meßwertwandlern (38, 39, 40), von denen jeder für sich mit dem Tastarm (3) und dem Ba­ siskörper (21) fest verbunden ist und die zur Erfas­ sung der bei einer Auslenkung der Tastspitze auftre­ tenden rotatorischen Bewegungskomponenten um die Kippachsen (U, V) und einer gegebenenfalls auftreten­ den translatorischen Bewegungskomponente in einer zu der die Kippachsen (U, V) enthaltenden Ebene (23) rechtwinkligen Richtung eingerichtet sind und die derart angeordnet und gelagert sind, daß bei einer Auslenkung der Tastspitze jeder Meßwertwandler ledig­ lich eindimensional in seiner Hauptbetriebsrichtung beaufschlagt ist,
mit Mitteln zum Verarbeiten der von den Meßwertwand­ lern (38, 39, 40) abgegebenen Meßwertsignale zu einem für die Auslenkung der Tastspitze (15) kennzeichnen­ den dreidimensionalen Meßwert und
mit einer Einrichtung zur Beschränkung der Schwenkbe­ weglichkeit des Tastarmes (3) im Hauptdrehpunkt (22) auf eine eindimensionale Schwenkbewegung in einer Schwenkebene, die den Hauptdrehpunkt (22) enthält und rechtwinklig zu der die beiden sich schneidenden Kippachsen (U, V) enthaltenden Ebene (23) verläuft.

2. Meßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Kippachsen (U, V, W) in einer gemeinsa­ men Ebene (23) liegend angeordnet sind.

3. Meßtaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die drei Meßwertwandler (38, 39, 40) an den Ecken eines gedachten Dreiecks angeordnet sind, von dem zwei sich in dem Hauptdrehpunkt (22) oder in dessen Nähe schneidende Seiten jeweils einen im we­ sentlichen gleichen Winkel mit den beiden vom Haupt­ drehpunkt (22) ausgehenden Kippachsen (U, V) ein­ schließen oder zu diesen Kippachsen parallel sind.

4. Meßtaster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Seiten des gedachten Dreiecks einen Winkel von 60° miteinander einschließen.

5. Meßtaster nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die dritte Seite des gedachten Dreiecks im wesentlichen parallel zu der dritten Kippachse (W) verläuft.

6. Meßtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastarm (3) mit einer seitlich vorragenden Tastarmtragplatte (17) starr verbunden ist, die mittels der Lagermittel an dem Basiskörper (21) gelagert ist.

7. Meßtaster nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertwandler (38, 39, 40) mit dem Basiskör­ per (21) und der Tastarmtragplatte jeweils über eine kardanische Lagerung verbunden sind.

8. Meßtaster nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastarm (3) mit der Tastarmtragplatte (17) über eine lösbare Kupplungseinrichtung starr verbunden ist.

9. Meßtaster nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tastarmtragplatte (17) über die beiden sich im Hauptdrehpunkt (22) schneidenden Kipp­ achsen (U, V) enthaltende Lagereinrichtungen (24, 25, 26, 27; 260, 46) an einem Ausgleichshebel (29) schwenkbar gelagert ist, der über eine die dritte Kippachse (W) enthaltende Lagerung (bei 46) mit dem Basiskörper (21) verbunden ist.

10. Meßtaster nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastarmtragplatte (17) zumin­ dest bereichsweise mit dreieckförmigem Umriß ausge­ bildet ist und der Tastarm (3) in der Nähe einer Ecke (20) des Dreiecks abgehend angeordnet ist.

11. Meßtaster nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lagereinrichtungen Federmittel (260, 46) aufweisen, an denen die Kippachsen bildende Biegelinien ausgebildet sind.

12. Meßtaster nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß daß die zwei sich schneidenden Kippachsen (U, V) durch Biegelinien eines einzigen Blattfederelementes (260) gebildet sind.

13. Meßtaster nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Einrichtung (29, 32) zum Ausgleich des Gewichts der Tastarmtragplatte (17) und der mit dieser verbundenen Teile bezüglich der drit­ ten Kippachse (W) aufweist.

14. Meßtaster nach den Ansprüchen 9 und 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gewichtsausgleichseinrichtung ein auf dem von der Tastarmtragplatte (17) entfernten Hebelarm des Ausgleichshebels (29) angeordnetes Aus­ gleichsgewicht (32) aufweist.

15. Meßtaster nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastarmtragplatte (17) mit einer Einrichtung (35 bis 37) zum Ausgleich einer von einer außerhalb des Massenschwerpunktes liegenden Anordnung des Hauptdrehpunktes (22) herrührenden Drehmomentwirkung bezüglich der beiden sich schnei­ denden Kippachsen (U, V) aufweist.

16. Meßtaster nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen an dem Basiskörper (21) schwenkbar gelagerten doppelarmigen Hebel (35) auf­ weist, dessen einer Hebelarm mit der Tastarmtragplat­ te (17) gekoppelt und dessen anderer Hebelarm mit einem Ausgleichsgewicht (37) versehen ist.

17. Meßtaster nach den Ansprüchen 14 und 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Ausgleichseinrichtungen an dem Basiskörper (21) übereinanderliegend angeord­ net sind.

18. Meßtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritten Kippachse (W) den Tastarm (3) bezüglich dieser Kippachse (W) form­ schlüssig in einer definierten Mittenstellung halten­ de erste Zentralkrafterzeugungsmittel (41 bis 44) zugeordnet sind.

19. Meßtaster nach den Ansprüchen 9 und 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ersten Zentralkrafterzeugungs­ mittel einen einenends an dem Basiskörper (21) ange­ lenkten, in Richtung des Ausgleichshebels (29) sich erstreckenden Hilfs- oder Zentralkrafthebel (41) auf­ weisen, der an zwei voneinander in Hebellängssrich­ tung beabstandeten Abstützstellen (43, 43a) gegen den Ausgleichshebel (29) abstützbar ist und unter der Einwirkung von Federmitteln (44) steht, die zwischen dem Ausgleichs- und dem Hilfs- oder Zentralkrafthebel (29; 41) angeordnet sind und an dem Hilfs- oder Zen­ tralkrafthebel (41) in einem Bereich zwischen den beiden Abstützstellen (43, 43a) angreifen.

20. Meßtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den sich schneidenden beiden Kippachsen (U, V) den Tastarm (3) bezüglich dieser Kippachsen in einer definierten Mittenstellung haltende zweite Zentralkrafterzeugungsmittel (51) zugeordnet sind.

21. Meßtaster nach den Ansprüchen 6 und 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweiten Zentralkrafterzeugungs­ mittel (51) auf der der Tastspitze (15) abgewandten Seite der Tastarmtragplatte (17) angeordnet und mit dieser verbunden sind.

22. Meßtaster nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Zentralkrafterzeugungsmittel einen in der Verlängerung des Tastarmes (3) angeordneten zy­ lindrischen Körper (83) aufweisen, der durch koaxiale Federmittel (86) mit einer Stirnfläche (92) gegen ein Widerlagerelement (89) angedrückt ist, daß der zylin­ drische Körper (83) oder das Widerlagerelement (89) mit der Tastarmtragplatte (17) starr verbunden ist und das jeweils andere Teil mit einer den zylindri­ schen Körper oder das Widerlagerelement kippfest ar­ retierenden lösbaren Sperrvorrichtung (77) gekuppelt ist.

23. Meßtaster nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrvorrichtung (77) eine mechanisch oder elektromagnetisch betätigbare Sperre (81, 82) auf­ weist, die an einem mit dem zylindrischen Körper (83) oder dem Widerlagerelement (89) verbundenen Verlänge­ rungsteil (52) direkt oder indirekt angreifend ausge­ bildet ist.

24. Meßtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (Fig. 6) zur Beschränkung der Schwenkbeweglichkeit des Tast­ armes (3) Mittel (69) enthält, um die Schwenkebene um eine durch den Hauptdrehpunkt (22) verlaufende recht­ winklig zu der die beiden sich schneidenden Kippach­ sen (U, V) enthaltenden Ebene (23) stehende Achse zu verdrehen.

25. Meßtaster nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreheinrichtung für die Schwenkebene ein an dem Basiskörper (21) drehbar gelagertes zylindrisches Lagerelement (57) aufweist, das mit einem eine Ver­ drehung um seine Achse bewirkenden Stellantrieb (68, 69) gekuppelt ist, daß mit dem Lagerelement (57) über ein Schwenklager (64, 65) mit einer quer zu der Achse des Lagerelementes (57) verlaufenden Schwenkachse (65) ein Kupplungselement (61) schwenkbar verbunden ist, in dem über Führungsmittel (67) ein mit dem Tastarm (3) verbundenes Verlängerungsteil (52) aufge­ nommen ist.

26. Meßtaster nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement und das Kupplungselement inein­ anderliegende koaxiale Hülsen (57, 61) sind, in die das koaxiale Verlängerungselement (52) von einer den Führungsmitteln (67) entfernt liegenden Seite her ragt.

27. Meßtaster nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Tastarm (3) eine Einrich­ tung zur Erzeugung einer in der Schwenkebene wirkenden Meßkraft für den Tastarm gekoppelt ist.

28. Meßtaster nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkrafterzeugungseinrichtung ein Tauch­ spulsystem (70) enthält, das an einem Verlängerungs­ element (52) des Tastarmes (3) auf der der Tastspitze (15) abgewandten Seite des Hauptdrehpunktes (22) an­ greifend ausgebildet ist.

29. Meßtaster nach den Ansprüchen 25 und 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchspulsystem (70) in der Verlängerung des Lagerelementes (57) zwischen dem Lagerelement (57) und dem Kupplungselement (61) wirkend angeordnet ist.

30. Meßtaster nach den Ansprüchen 22 und 29, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sperrvorrichtung (77) in der Verlängerung des Lagerelementes (52) oberhalb des Tauchspulsystems (70) angeordnet ist.

31. Meßtaster nach einem der Ansprüche 6 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastarm, (3) mit der Tastarm­ tragplatte (17) über eine lösbare Kupplungseinrich­ tung (170) starr verbunden ist.