WO2016015775A1 - Tastkopf für ein koordinatenmessgeraet - Google Patents

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WO2016015775A1
WO2016015775A1 PCT/EP2014/066556 EP2014066556W WO2016015775A1 WO 2016015775 A1 WO2016015775 A1 WO 2016015775A1 EP 2014066556 W EP2014066556 W EP 2014066556W WO 2016015775 A1 WO2016015775 A1 WO 2016015775A1
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WO
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probe
axis
push rod
relative
sensor
Prior art date
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PCT/EP2014/066556
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English (en)
French (fr)
Inventor
Otto Ruck
Peter Mueller
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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Publication date
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    • G01B5/016—Constructional details of contacts

Definitions

  • the present invention relates to a probe for a coordinate measuring machine for determining measuring point coordinates on a workpiece, having a first probe part, on which a first changeover interface is arranged, which is designed for coupling the probe to the coordinate measuring machine, with a second probe part coupled to the first probe portion and rotatable relative to the first probe portion about a first axis, to a third probe portion coupled to the second probe portion and pivotable relative to the second probe portion about a second axis, wherein the first and second axes are skewed to each other, and with a first actuator which is adapted to pivot the third probe body about the second axis.
  • the invention further relates to a coordinate measuring machine for determining measuring point coordinates on a workpiece, with a workpiece holder for the workpiece, with a holding frame to which a probe is attached, and with an evaluation and control unit, which is adapted to the probe by means of the support frame to bring in a defined position relative to the workpiece holder and to determine measuring point coordinates on the workpiece in dependence on the defined position, wherein the probe is attached via a rotary-pivot joint with two different axes of rotation on the support frame.
  • Such a probe and a corresponding coordinate measuring machine are known for example from EP 0 317 967 A2.
  • a coordinate measuring machine is a device with which selected measuring points can be detected on a measured object using the probe and assigned to a defined coordinate system.
  • the assignment includes determining coordinates for the selected measurement points, the coordinates representing the location of the respective measurement point in the defined coordinate system.
  • the coordinate system is a three-dimensional coordinate system, so that the measuring point coordinates represent the spatial position of the measuring point. Determining a plurality of measurement point coordinates for a plurality of measuring points makes it possible to measure geometric properties of a workpiece, such as the diameter of a bore, the distance between two workpiece edges or the height of a projection on the workpiece. Even a complex 3D free-form of a workpiece, such as the shape of a turbine blade, can be measured by picking up a plurality of measurement points on the workpiece.
  • the probe of the coordinate measuring machine is movable within a defined measuring volume relative to the workpiece holder.
  • the selected measuring points on the workpiece are detected with the aid of the probe.
  • the measuring point coordinates are then determined on the basis of the position of the probe relative to the workpiece holder and on the basis of the position of the probe relative to the detected measuring points. Therefore, the probe usually has a sensor, with the aid of which the position of the probe relative to one or more selected measuring point can be determined.
  • the sensor includes a stylus, in particular a stylus with a spherical end, by means of which a selected measuring point is touched.
  • there are also probes with non-contact sensors for example, with optical sensors that determine the position of a measuring point relative to the probe using methods of image processing, interferometric and / or using a laser triangulation.
  • EP 0 317 967 A2 discloses a coordinate measuring device with a two-axis rotary-pivot joint, with the help of the probe with the sensor in different orientations (angular positions) can be brought relative to a workpiece. This makes it possible in particular to bring a stylus in an optimal position relative to a workpiece feature, for example, to measure a horizontally extending bore on the workpiece.
  • a non-contact triangulation probe could be attached to the rotary-pivot joint and also be brought into a favorable orientation relative to a workpiece.
  • a probe for a coordinate measuring machine wherein the probe itself has two integrated rotary / rotary actuators to bring the stylus in different orientations can.
  • the stylus is laterally offset from one or both axes of rotation arranged to allow for a pivoted in the horizontal stylus different elevations in the vertical direction.
  • this probe is not optimal in its applications.
  • Another probe with an integrated rotary-swivel unit is known from EP 1 602 900 A2.
  • the known probe has two electrical drives, which are not only needed to change the current orientation of the stylus, but also to keep the stylus in its current orientation. Accordingly, the electrical drives must be energized during a measurement with the probe, which permanently generates heat in the probe. The replacement of the sensor or the addition of another rotary or pivot axis also appear problematic in this case.
  • DE 10 2007 022 326 A1 discloses a coordinate measuring machine with a passive rotary-swivel joint, ie with a rotary-swivel joint, which has no integral grated electric drives manages.
  • the rotary swivel joint has two externally accessible gears, each of which can be rotated by moving the probe linearly relative to a rack using the coordinate measuring machine drives.
  • This passive rotary-pivot mechanism thus minimizes heat input in the region of the probe element, which is desirable in terms of measurement accuracy.
  • an adjustment of the probe element here is time consuming and difficult to imagine during a continuous scan.
  • this object is achieved by a probe head of the type mentioned above, with a push rod which is coupled to the third probe head part at a lateral distance to the second axis, wherein the first actuator, the push rod in a Moved longitudinally to pivot the third Tastkopfteil relative to the second Tastkopfteil.
  • this object is achieved by a coordinate measuring apparatus of the type mentioned, wherein such a probe is arranged on the rotary-pivot joint.
  • the new probe has two integrated rotary or pivot axes, which are skewed to each other. Windfall means that the two axes in space do not intersect and do not run parallel to each other.
  • the two axes are arranged at a defined distance orthogonal to each other, so that the third probe head part can be rotated or pivoted about two mutually orthogonal spatial axes.
  • the rotational movement about the first axis is advantageously continuously and indefinitely possible, while the pivoting movement about the second axis is limited to a defined pivot angle of, for example +/- 45 °.
  • the first and second axes could also be arranged non-orthogonally to one another and thus enclose an angle other than 90 °.
  • the first and second axes are here deliberately skewed to each other, i. E. the skewed arrangement of the two axes is not an undesirable consequence of manufacturing tolerances, but designed permanently constructive.
  • the skew arrangement of the rotary and pivot axis in the coordinate measuring device from EP 0 317 967 A2 is an undesirable feature that is taken into account as part of the calibration of the rotary-pivot joint.
  • the new probe consciously utilizes the constructive lateral spacing between the first and second axes to pivot the third probe body relative to the second probe body by means of the push rod.
  • the lateral distance between the first and second axes thus serves to effect the pivoting movement of the third probe head relative to the second probe head by means of a simple movement in the longitudinal direction.
  • the deliberately skewed arrangement of the first and second axes in conjunction with the push rod allows a very easy and compact integration of the two axes of movement axes in the new probe.
  • Overall, such a combination offers four largely independent rotary and swivel axes and thus a great flexibility in the orientation of the probe in space.
  • the combination of the new probe with a rotary-pivot joint is particularly advantageous for rapid tactile scanning of complex workpieces, because the probe element can be moved around the four rotating and pivoting axes and thus can follow a complex workpiece geometry very well.
  • an oblique bevel gear on a workpiece can be measured in a very advantageous manner without a rotary table or another rotatable workpiece holder.
  • the new probe simplifies difficult measurements in very narrow workpiece geometries in a very advantageous manner.
  • the probe can be used very well on a rotary-pivot joint due to its lightweight and compact design, on the alternative, other probes, especially non-contact probes can be used. Therefore, the new probe offers a particularly great flexibility. Even very complex measuring tasks can be carried out quickly and with high accuracy. The above task is completely solved.
  • the longitudinal direction is parallel to the first axis and in particular along the first axis.
  • the push rod is arranged parallel to the first axis and in particular along the first axis.
  • the second probe part rotates in this case around the push rod.
  • This embodiment is particularly advantageous when the first and second axes are arranged orthogonal to one another, because in this case the push rod very effectively generates a torque about the second axis.
  • the first actuator can then be relatively small and lightweight.
  • the probe includes a hollow shaft, via which the second Tastkopfteil is rotatably disposed on the first Tastkopfteil, wherein the push rod extends in the hollow shaft.
  • This embodiment also contributes to a very compact and lightweight construction advantageous. It also allows a favorable weight distribution. It is particularly advantageous if the push rod and the hollow shaft are concentric with a straight line on which a stylus arranged on the probe lies with its longitudinal axis. Push rod, hollow shaft and stylus define in this advantageous variant, a common longitudinal axis about which rotates the second Tastkopfteil relative to the first Tastkopfteil and along which the push rod is moved to pivot the third Tastkopfteil relative to the second Tastkopfteil.
  • the push rod includes a spindle which is driven by the first actuator.
  • the first actuator is an electric motor, which is coupled via a frictional connection and / or a positive connection with the push rod.
  • the first actuator may be a linear actuator. In a currently preferred embodiment, however, the first actuator is an electric motor that generates a rotational movement.
  • This embodiment allows a high efficiency, so that a comparatively small and lightweight actuator is sufficient for pivoting the third probe head part.
  • this embodiment can be realized very inexpensively.
  • the spindle allows a simple self-locking, so that the first actuator only has to be put into operation to change the pivot position of the third probe head relative to the second probe part. As soon as the third probe part has reached a desired pivoting position, the first actuator can be switched off, which is advantageous in order to minimize operational heating of the probe head.
  • the push rod is coupled via a spring element, in particular via a helical spring, with the third probe head part.
  • the push rod via a pivot bearing, in particular a ball bearing, rotatably mounted on the spring element, so that the push rod can rotate relative to the spring element.
  • the spring element may be rotatably attached to the third probe head part in further embodiments via a (further) pivot bearing.
  • slide bearings may be used in some embodiments, to decouple the spring element and / or the third probe body from the rotational movement of the spindle.
  • the spring element can be generated in a very advantageous manner, a defined measuring force, which is desirable for probing a measuring point.
  • a measurement force component in the longitudinal direction can be produced with this embodiment.
  • the spring element is preferably a mechanical spring element.
  • the spring element could be, for example, a magnetic spring element.
  • the generation of the measuring force is passive here, which is advantageous in order to minimize heating of the probe during operation.
  • the attachment of the spring element on the push rod via a ball bearing allows a good decoupling, so that a stylus must move when probing a measuring point alone against the spring force.
  • the design is also advantageous because it allows using the push rod a very simple and effective buoyancy of the probe in the longitudinal direction.
  • the probe has a first and a second sensor element, wherein the first sensor element provides a first sensor value, which is representative of a current position of the push rod, and wherein the second sensor element provides a second sensor value, which for a current Position of the third probe part relative to the second probe part is representative.
  • the first sensor value represents the current position of the push rod and thus a desired value for the position of the third probe head relative to the second probe part.
  • the second sensor value provides the current position of the third Tastkopfteils.
  • the difference between the desired position and the current position is a measure of the deflection of the third probe head relative to the second probe head against the spring force of the spring element.
  • the evaluation and control unit is designed to determine the measuring point coordinates of a probed measuring point as a function of the measuring force, which was previously determined on the basis of the mentioned sensor values.
  • the probe has a drive wheel and a second actuator, which is adapted to set the drive wheel in a rotational movement, wherein the drive wheel with the first probe head part is fixed and resiliently coupled to the second probe head part, or vice versa.
  • the compliant coupling ensures that a defined clearance in the drive train from the second actuator to the second probe part is included. Due to this clearance, the second actuator can, on the one hand, turn the second probe part relative to the first probe part. On the other hand, the second probe part can rotate over a limited angle of rotation relative to the first probe part, even if the second actuator is not actuated. This embodiment therefore makes possible a desirable deflection of the second probe part relative to the first probe part when probing a measuring point.
  • the flexible coupling can be used in a very advantageous manner for generating a passive measuring force transversely to the first axis. This design also helps to minimize operational heating of the probe.
  • the drive wheel is mounted on the first probe head part and resiliently coupled via a spring element with the second probe head part, because this facilitates a particularly compact and stable construction.
  • the probe has a magnetic element, via which the drive wheel with the second probe head part (or alternatively the first probe head part) is resiliently coupled.
  • the defined, limited clearance between the second actuator and the second probe part is achieved via a magnetic coupling.
  • the magnetic force generated by the magnetic element is used for measuring force generation.
  • the compliant coupling could be implemented in other embodiments of the invention with a mechanical spring element, such as a coil spring, a coil spring, a torsion bar spring, or other against the rotational movement acting spring element.
  • the magnetic coupling has the advantage that it is frictionless. It also allows a particularly compact and low-wear implementation.
  • the probe has a third sensor element that provides a third sensor value, and a fourth sensor element that provides a fourth sensor value, wherein the third sensor value is representative of a rotational position of the drive wheel, and wherein the fourth sensor value for a Rotational position of the second Tastkopfteils is representative relative to the first Tastkopfteil.
  • This embodiment allows in a very simple and cost-effective manner, the determination of the measuring force transverse to the first axis. Similar to the above described with respect to the first and second sensor element, the measuring force can be very easily determined here based on the difference between the current rotational position of the drive wheel and the current rotational position of the second probe head relative to the first probe head.
  • the third sensor value represents a desired position of the second probe part relative to the first probe part.
  • the fourth sensor value represents the current rotational position. The difference between these two rotational positions correlates with the measuring force which the probe exerts on a measuring point transverse to the first axis.
  • the evaluation and control unit is further configured to determine the measuring point coordinates of a touched measuring point as a function of the measuring force, which was previously determined on the basis of the third and fourth sensor values.
  • the third probe part on a second changeover interface which is designed for releasable coupling of a probe element, in particular a stylus.
  • the second changeover interface comprises one or more positioning elements, with the aid of which a defined position of the feeler element relative to the third probe head part is reproducibly ensured.
  • the changeover interface can include a triple of cylinder rollers arranged side by side in pairs, while the feeler element comprises a triple of balls, one ball each engaging between a pair of cylindrical rollers when the feeler element is attached to the third probe part.
  • the probe head part could have a corresponding ball triplet, wherein in each case a ball between two cylindrical rollers engages the probe element.
  • the embodiment has the advantage that the probe element can be replaceably fastened to the new probe head.
  • the design thus further increases the flexibility with regard to the performance of various measurement tasks.
  • another sensor could be coupled to the second changeover interface, such as a non-contact optical sensor.
  • a very effective collision protection can be realized with the aid of the changeover interface, since the feeler element can "break off" in the event of a blockage at the changeover interface without damaging the mechanics of the probe head.
  • the probe element is therefore held purely magnetically on the third probe part to allow a nondestructive "tearing" in the event of a collision.
  • the probe has a further sensor element in the region of the second changeover interface, with the aid of which the detachment of the probe element from the third probe head part can be detected.
  • the evaluation and control unit of the coordinate measuring machine stops the movement of the probe relative to the workpiece or relative to the workpiece holder as soon as the further sensor element delivers a corresponding signal.
  • the further sensor element includes an electrical Contact path, which may be performed over one or more positioning elements, for example, wherein the contact path is interrupted when the probe element releases from the positioning element on the third probe head part.
  • the probe has a stylus with a base, a remote from the base probe tip and a center of gravity, which lies between the base and the probe tip, the focus is on a distance that a minimum distance between the first and second axis.
  • the base and the probe tip of the probe element lie on different sides of a plane which is perpendicular to the first axis and in which the second axis extends.
  • the embodiment has the advantage that the probe is balanced with the probe element transversely to the first axis. A pivoting of the probe head from a position in which the first axis is vertical to a second position, in which the first axis is horizontal, thus has no significant effect on the position of the probe element relative to the third probe part.
  • the probe element can also move in the case of a probe pivoted into the horizontal position without the need for weight compensation. Only in the longitudinal direction in which the push rod moves, then, if necessary, the weight of the probe element must be compensated, which can be done very easily and effectively using the push rod in the advantageous embodiments.
  • the probe element has two mutually orthogonal Tastwake, one of which is positionable by means of the third Tastkopfteils parallel to the first axis.
  • the probe has a probe element with two L-shaped mutually arranged feeler pins.
  • one of these styli is arranged in the rest state parallel to the first axis and in particular on the first axis.
  • the second stylus is transverse to the first axis in this case.
  • the second probe pin can pass through a circular scanning path. This can be done Inside diameter of holes or the like easily and quickly measured.
  • a pivoting movement of the two styli can be generated by means of the second axis, which is advantageous in order to measure approximately a helical groove course within a bore.
  • the stylus arranged parallel to the first axis is likewise available, so that the new probe is even more variant-rich and can be adapted even more flexibly to different measuring tasks.
  • Fig. 3 shows the probe of Fig. 2 in a further view
  • Fig. 4 shows the probe of Fig. 2 in a view obliquely from below.
  • a coordinate measuring machine according to an embodiment of the invention is designated in its entirety by the reference numeral 10.
  • the coordinate measuring machine 10 here has a base 12 on which a portal 14 is arranged.
  • the portal 14 can be moved by means of an electric drive (not shown here) on the base 12 in a longitudinal direction, which is commonly referred to as the y-axis.
  • a carriage 16 is arranged, which by means of another electric drive (also not shown here) along a second direction, which is commonly referred to as the x-axis.
  • the carriage 16 carries a sleeve 18, which can be moved by means of another drive in a third longitudinal direction, which is commonly referred to as the z-axis.
  • the three axes of motion of the coordinate measuring machine 10 are orthogonal to each other.
  • scales are indicated here, which are arranged along the axes of movement of the coordinate measuring machine 10.
  • the respective current position of the portal 14 relative to the base 12 and the current position of the carriage 16 relative to the portal 14 and the current position of the sleeve 18 relative to the carriage 16 can be determined.
  • a rotary-pivot joint 22 is arranged, which carries a probe 24 according to a preferred embodiment of the invention.
  • the probe head 24 can be rotated and pivoted about two mutually orthogonal axes of rotation by means of the rotary-pivot joint 22.
  • the first axis of rotation is parallel to the z-axis. It is typically referred to as the A-axis (see Fig. 2).
  • the second axis of rotation is orthogonal to the A axis and is typically referred to as the B axis ( Figure 2).
  • the pivot-pivot joint 22 may be a latching pivot-pivot joint.
  • the rotary-pivot joint 22 may be a continuous rotary-pivot joint so that the probe 24 can be oriented in an unlimited number of rotational and pivotal positions.
  • the new probe 24 may also be rigidly attached to the sleeve 18 of a coordinate measuring machine 10, because the probe 24 itself provides additional axes of rotation available. From today's perspective, however, the combination of the new probe 24 with a rotary-pivot joint 22 is particularly advantageous.
  • the reference numeral 26 denotes a measurement object, which is stored here on the base 12.
  • the base 12 therefore carries not only the portal 14 in this embodiment, but it also acts as a workpiece holder. In other embodiments, a separate workpiece holder for positioning a measurement object 26 may be provided.
  • the present invention is not limited to coordinate measuring machines in gantry design. It can also be implemented in coordinate measuring machines, in which the probe 24 can be positioned in a different manner relative to a measuring object 26, especially in coordinate measuring machines with a movable workpiece holder in the form of an x-y-cross table or coordinate measuring machines in horizontal arm design.
  • the reference numeral 28 denotes an evaluation and control unit, which is connected here via a cable connection to the electrical drives and the read heads for the standards 20.
  • the evaluation and control unit 28 is designed to control the movements of the coordinate measuring machine 10 along the axes x, y, z and the movements of the pivot-pivot joint 22 about the axes A and B and the movements of the probe 24 to selected Measuring points 30 to the test object 26.
  • the evaluation and control unit 28 is designed to determine based on the current position of the probe 24 within the measuring volume of the coordinate measuring machine 10 and based on the sensor values of the probe 24 explained in more detail below space coordinates, the position of the respectively measured measuring point 30 within the measuring volume represent. By probing a plurality of measuring points 30, geometric properties of the measuring object 26 can then be determined. This is typically done with an evaluation software that is executed either on the evaluation and control unit 28 or on a separate evaluation PC.
  • the probe head 24 has a first probe part 34 with a first changeover interface 36, which is designed for detachable and replaceable coupling of the probe head 24 to the rotary-pivot joint 22.
  • the first changeover interface 36 is formed by means of a magnetically held plate (not shown here in detail), as it is known from other probes already marketed on the market.
  • the pivot-pivot joint 22 is in some embodiments a latching pivot-pivot joint as offered and sold by the Amelderin under the designation RDS.
  • the first changeover interface 36 is compatible with the probe interface of the RDS Roto-pivot joint of Zeiss.
  • the probe head 24 could also have a first changeover interface 36 that is compatible with corresponding probe receptacles of other manufacturers of coordinate measuring machines.
  • the first changeover interface for the direct coupling of the probe head 24 may be formed on the free end of the sleeve 18 of a coordinate measuring machine.
  • the first probe part 34 has in this embodiment, a ring 38 and a plate 40 which is arranged here perpendicular to the ring 38 and in the side view of FIG. 2 together with the ring 38 forms an L-shape.
  • the first changeover interface 36 is arranged at the free end of the plate 40, which faces away from the ring 38.
  • the first probe part 34 forms the base of the probe 24, to which a second probe part 42 and a third probe part 44 are each movably coupled.
  • the second probe part 42 includes in this embodiment, a hollow shaft 46 and a bracket 48 which is disposed at a first (lower) end of the hollow shaft 46 and rigidly connected to the hollow shaft 46.
  • the hollow shaft 46 protrudes in the present embodiment with a first end through the ring 38 of the first Tastkopfteils 34, and the bracket 48 is disposed in the illustration of FIG. 2 below the ring 38. In other words, the bracket 48 sits below a plane defined by the ring 38 plane 51, while the hollow shaft 46 passes through this plane 51 perpendicular.
  • the longitudinal axis 50 of the hollow shaft 46 is orthogonal to the plane 51 which is spanned by the ring 38.
  • an encoder disk 52 is attached, which is arranged parallel to the ring 38 here.
  • a sensor element 54 is fastened to the plate 40.
  • the second probe part 42 further includes an annular disc 56, which here has a U-shaped cutout.
  • a plate 58 is arranged, which is mounted via a hinge 60 at a free end of the bracket 48 pivotally.
  • the plate 58 belongs to the third Tastkopfteil 44, which is held by the hinge 60 pivotally mounted on the second Tastkopfteil 42.
  • the pivot axis about which the plate 58 can be pivoted relative to the bracket 48 is indicated in Fig. 3 at reference numeral 62.
  • the plate 58 has on its underside (this is the side facing away from the hollow shaft 46 side) a second changeover interface 64 which is adapted to receive a sensing element interchangeable.
  • the stylus is a stylus combination comprising a first stylus 66, a second stylus 68 and a base 70.
  • the first stylus 66 is here located on the longitudinal axis 50 of the hollow shaft 46, i. it extends in the center of the imaginary extension of the hollow shaft 46.
  • the second stylus 68 is arranged orthogonal to the first stylus 66 here.
  • the two Tastriche 66, 68 define here an L-shape, at the corner of the base 70 is seated.
  • the counterpart to the second changeover interface 64 is formed on the base 70, so that the feeler pin combination 66, 68 is held replaceably on the changeover interface 64.
  • the second interface 64 which then preferably extends along the longitudinal axis 50.
  • the feeler pins 66, 68 which here each have a spherical stylus tip 72
  • other feeler elements can be attached to the changeover interface 64.
  • the plate 58 is coupled to a push rod 74.
  • the push rod 74 extends in this preferred embodiment, through the internal space of the hollow shaft 46 and is in particular concentric with the hollow shaft.
  • the push rod 74 is formed as a spindle which carries a drive wheel 76 at its upper free end.
  • the drive wheel 76 is here coupled to an electric rotary drive 78.
  • the rotary drive 78 can put the drive wheel 76 in a rotational movement about the longitudinal axis 50 here via a frictional and / or positive fit.
  • this rotational movement formed as a spindle push rod 74 moves linearly along the longitudinal axis 50, which is indicated in Fig. 3 by means of the double arrow 80. Since the hinge 60, which defines the pivot axis 62, is skewed, and orthogonal in the preferred embodiment and spaced laterally from the longitudinal axis 50, the linear motion 80 of the push rod 74 results in a torque that drives the plate 58 relative to the bracket 48 pivoted about the pivot axis 62.
  • the rotary drive 78 is here thus a first actuator, by means of which the third probe part 44 can be pivoted relative to the second probe part 42. Due to the preferred self-locking of the spindle 74, the actuator 78 is only needed to change the pivot position of the third probe part 44 relative to the second probe part 42. The rotary drive 78 must therefore be operated only relatively comparatively rare and short in the operation of the probe 24.
  • the push rod 74 may be moved purely translationally in other embodiments, in particular with the aid of a linear actuator as the first actuator.
  • the plate 58 is here coupled via a spring element in the form of a coil spring 82 with the free end of the push rod 74.
  • the spring element 82 regardless of the pivotal position, which can be adjusted by means of the rotary drive 78 and the push rod 74, a relative movement of the third Tastkopfteils 44 relative to the second Tastkopfteil 42nd
  • the spring element 82 is coupled via a pivot bearing on the spindle-shaped push rod 74.
  • this pivot bearing is designed as a rolling bearing, in particular as a ball bearing.
  • the pivot bearing is a simple plain bearing.
  • the spring element 82 can be fastened to the plate 58 or the third probe head part 44 via a corresponding rotary bearing.
  • the probe 24 has in this embodiment further comprises a (first) sensor element 84, with the aid of a current rotational position of the drive wheel 76 can be detected.
  • the sensor element 84 accordingly provides a first sensor value, which is also representative of a current position of the push rod.
  • the current position of the push rod is in turn representative of a desired position of the third probe part 44 relative to the second probe part 42 about the pivot axis 62 around.
  • the actual position of the third probe part 44 may deviate from the target position set by means of the push rod 74 when the probe tip 72 of one of the feeler pins 66, 68 presses against a measurement point on the measurement object 26, because then the third probe part 44 against the spring force of Dodge spring element 82.
  • the probe 24 has a second sensor element 86 which provides a second sensor value representative of the current pivot position of the third probe part 44 relative to the second probe part 42. From the difference between the first and second sensor value, one can determine the current measuring force, which is generated by means of the spring element 82 when a measuring point is touched.
  • a suitably designed evaluation module is stored in the evaluation and control unit 28.
  • the reference numeral 88 denotes a hook which is arranged on the upper side facing away from the stylus 66 of the plate 58.
  • the hook 88 pivots together with the plate 58 about the pivot axis 62 around, and it serves as a fishing hook, which defines the maximum pivot angle of the third Tastkopfteils 44 about the pivot axis 62.
  • At maximum swing angle hooks the free end of the hook 88 on the annular disc 56 of the second Tastkopfteils 42 and blocks further movement of the third Tastkopfteils.
  • the hook 88 serves in this embodiment as a holder for magnets whose current position relative to the second sensor element 86 can be detected.
  • the second sensor element 86 is a Hall element or a magnetoresistive sensor element, with the aid of which a current magnetic field direction at the location of the sensor element can be detected.
  • the second sensor element 86 could be an optical sensor element or any other sensor element that generates a second sensor value representative of the current position of the third probe part 44 relative to the second probe part 42 about the pivot axis 62.
  • the probe 24 here has a further rotary drive 90, which in this case can drive a drive wheel 94 via a friction wheel 92.
  • the rotary drive 90 could be positively or even materially coupled to the drive wheel 94.
  • the drive wheel 94 has in this embodiment, a plurality of magnets 96 (see FIG. 4), which are distributed on the outer circumference of the drive wheel 94.
  • the hollow shaft 46 carries at its upper end a here in particular star-shaped soft iron 98.
  • the soft iron 98 is resiliently coupled via the magnets 96 with the drive wheel 94, since the star-shaped soft iron 98 aligns within the magnetic field generated by the magnet 96.
  • the drive wheel 94 can, on the one hand, drive the hollow shaft 46 and thus rotate the second probe part 42 relative to the first probe part 34.
  • the hollow shaft 46 can rotate with the drive 90 stationary against the drive wheel 94, wherein the magnetic force of the magnets 96 counteracts this "free" rotation. Accordingly, by means of the magnetic coupling, a measuring force is generated in a passive manner when a measuring point is probed, the magnitude of which results from the torque generated by means of the magnets 96 and the soft iron wheel 98.
  • the reference numeral 100 denotes a further sensor element, which is attached here to the first Tastkopfteil 34.
  • the sensor element 100 includes, for example, a Hall element and / or a magnetoresistive element around a to generate another sensor value which is representative of a current rotational position of the drive wheel 94. This further sensor value is therefore also representative of a desired position of the second probe part 42 about the longitudinal axis 50.
  • the sensor element 54 provides a fourth sensor value by means of the encoder disk 52 which is representative of the actual rotational position of the second probe part 42 relative to the first probe part 34.
  • the probe head 24 may include a further mechanical spring element, for example in the form of a helical spring.
  • a further mechanical spring element for example in the form of a helical spring.
  • the base 70 of the feeler element lies above the hinge 60 and the pivot axis 62 defined thereby, while the probe tips 72 of the feeler pins 66, 68 are arranged below the hinge 60.
  • the base 70 and stylus tips 72 lie on different sides of a plane 102 that is orthogonal to the longitudinal axis 50 and includes the pivot axis 62.
  • the probe element is designed so that its center of gravity 104 comes to lie in the plane 102. This can be achieved by the probe base 70 having a high weight in comparison to the styli 66, 68, which can be achieved in particular by integration of a holding magnet in the probe base 70.
  • the holding magnet (not shown here) advantageously serves for fastening the base 70 to the third probe part 44.
  • the hinge 60 is here disposed below the plate 58 to which the base 70 of the probe element is attached.
  • the plate 58 is attached to the hinge 60 via a rocker arm 106, the rocker arm 106 bringing the plate 58 closer to the first probe part 34 than the hinge 60.
  • Taring in a plane perpendicular to the longitudinal axis 50 is unnecessary here because of the favorable positioning of the center of gravity 104, even if the probe head 24 is brought into a horizontal orientation by means of the rotary-pivot joint 22 from the vertical orientation shown in FIG. Rotation about the axis B).
  • the probe 24 could also include a separate taring transverse to the longitudinal axis 50.
  • the coordinate measuring machine 10 can perform measurements that require further rotation or pivoting movements beyond a positioning of the probe by means of the axes of rotation A, B of the rotary-pivot joint 22 addition.
  • the coordinate measuring machine 10 can therefore very quickly measure, for example, grooves in bores or on shafts with the aid of the probe 24.
  • the combination of the new probe 24 with a rotary-pivot joint 22 is very good. Due to the very compact and lightweight design of the probe 24 this can be used as an alternative to other sensors on the pivot-pivot joint 22 so that the coordinate measuring machine 10 can use different sensors on a universal interface.
  • the mechanical structure of the new probe 24 is relatively simple, and the wiring of the probe 24 is easy because the probe 24 in the preferred embodiments with a passive Meßkrafter Wegung manages. Nevertheless, with the aid of the respectively flexible couplings between the first and the second probe part and between the second and the third probe part, a defined measuring force can be generated when a measuring object is touched.
  • the respective measuring force can be determined very advantageously by subtraction of the sensor values supplied by the sensor elements 54, 100 and 84, 86. Due to the low weight of the moving parts of the probe 24 rotational and pivotal movements during a measurement can be performed very quickly, yet precise.
  • the probe 24 can also readily via a rod-shaped extension piece (not here shown) are attached to the rotary-pivot joint 22, in particular to allow a measurement in a very deep hole. This is favored by the compact dimensions and low weight of the probe 24.
  • the evaluation and control unit has in the preferred embodiments, an evaluation and control module 108, which is adapted to control the two actuators of the probe 24 to one or more Tastbuilde 66, 68 even during a continuous measurement in a desired orientation bring to. Since only one angle of rotation with the aid of the sensor elements 54 and 86 has to be determined for each of the two axes of motion in order to determine the respective deflection of the probe head, the recording of the measured values can take place very quickly.

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Abstract

Ein Tastkopf (24) für ein Koordinatenmessgerät (10) besitzt ein erstes Tastkopfteil (34), an dem eine erste Wechselschnittstelle (36) angeordnet ist, die zur Ankopplung des Tastkopfes an das Koordinatenmessgerät ausgebildet ist. Ein zweites Tastkopfteil (42) ist mit dem ersten Tastkopfteil (34) gekoppelt und relativ zu dem ersten Tastkopfteil (34) um eine erste Achse (50) drehbar. Ein drittes Tastkopfteil (44) ist mit dem zweiten Tastkopfteil (42) gekoppelt und relativ zu dem zweiten Tastkopfteil (42) um eine zweite Achse (62) verschwenkbar. Die erste und die zweite Achse liegen windschief zueinander. Ein erster Aktor (78) ist dazu ausgebildet, das dritte Tastkopfteil (74) um die zweite Achse (62) zu verschwenken. Dies erfolgt mithilfe einer Schubstange (74), die mit dem dritten Tastkopfteil (44) in einem seitlichen Abstand (D) zu der zweiten Achse (62) gekoppelt ist. Der erste Aktor (78) bewegt die Schubstange (74) in einer Längsrichtung (80), um das dritte Tastkopfteil (44) relativ zu dem zweiten Tastkopfteil (42) zu verschwenken.

Description

Tastkopf für ein Koordinatenmessgerät
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tastkopf für ein Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von Messpunktkoordinaten an einem Werkstück, mit einem ersten Tastkopfteil, an dem eine erste Wechselschnittstelle angeordnet ist, die zur An- kopplung des Tastkopfes an das Koordinatenmessgerät ausgebildet ist, mit einem zweiten Tastkopfteil, das mit dem ersten Tastkopfteil gekoppelt ist und das relativ zu dem ersten Tastkopfteil um eine erste Achse drehbar ist, mit einem dritten Tastkopfteil, das mit dem zweiten Tastkopfteil gekoppelt ist und das relativ zu dem zweiten Tastkopfteil um eine zweite Achse verschwenkbar ist, wobei die erste und zweite Achse windschief zueinander liegen, und mit einem ersten Aktor, der dazu ausgebildet ist, das dritte Tastkopfteil um die zweite Achse zu verschwenken.
[0002] Die Erfindung betrifft ferner ein Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von Messpunktkoordinaten an einem Werkstück, mit einer Werkstückaufnahme für das Werkstück, mit einem Haltegestell, an dem ein Tastkopf befestigt ist, und mit einer Auswerte- und Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, den Tastkopf mithilfe des Haltegestells in eine definierte Position relativ zu der Werkstückaufnahme zu bringen und Messpunktkoordinaten an dem Werkstück in Abhängigkeit von der definierten Position zu bestimmen, wobei der Tastkopf über ein Dreh-Schwenk-Gelenk mit zwei verschiedenen Drehachsen an dem Haltegestell befestigt ist.
[0003] Ein solcher Tastkopf und ein entsprechendes Koordinatenmessgerät sind beispielsweise aus EP 0 317 967 A2 bekannt.
[0004] Ein Koordinatenmessgerät im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, mit der ausgewählte Messpunkte an einem Messobjekt mithilfe des Tastkopfes erfasst und einem definierten Koordinatensystem zugeordnet werden können. Die Zuordnung beinhaltet, dass Koordinaten für die ausgewählten Messpunkte bestimmt werden, wobei die Koordinaten die Lage des jeweiligen Messpunktes in dem definierten Koordinatensystem repräsentieren. Häufig ist das Koordinatensystem ein dreidimensionales Koordinatensystem, so dass die Messpunktkoordinaten die räumliche Lage des Messpunktes repräsentieren. Das Bestimmen einer Vielzahl von Messpunktkoordinaten für eine Vielzahl von Messpunkten macht es möglich, geometrische Eigenschaften eines Werkstücks zu vermessen, wie etwa den Durchmesser einer Bohrung, den Abstand zwischen zwei Werkstückkanten oder die Höhe eines Vorsprungs an dem Werkstück. Selbst eine komplexe 3D-Freiform eines Werkstücks, wie etwa die Form einer Turbinenschaufel, kann durch Aufnahme einer Vielzahl von Messpunkten an dem Werkstück vermessen werden.
[0005] Typischerweise ist der Tastkopf des Koordinatenmessgerätes innerhalb eines definierten Messvolumens relativ zu der Werkstückaufnahme beweglich. Mithilfe des Tastkopfes werden die ausgewählten Messpunkte an dem Werkstück erfasst. Die Messpunktkoordinaten werden dann anhand der Position des Tastkopfes relativ zu der Werkstückaufnahme und anhand der Position des Tastkopfes relativ zu den erfassten Messpunkten bestimmt. Daher besitzt der Tastkopf in der Regel einen Sensor, mit dessen Hilfe die Position des Tastkopfes relativ zu einem oder mehreren ausgewählten Messpunkt bestimmt werden kann. Häufig beinhaltet der Sensor ein Tastelement, insbesondere einen Taststift mit einem kugelförmigen Ende, mit dessen Hilfe ein ausgewählter Messpunkt berührt wird. Drüber hinaus gibt es jedoch auch Tastköpfe mit berührungslosen Sensoren, beispielsweise mit optischen Sensoren, die die Position eines Messpunktes relativ zum Tastkopf mithilfe von Methoden der Bildverarbeitung, inter- ferometrisch und/oder mithilfe einer Lasertriangulation bestimmen.
[0006] Die eingangs genannte EP 0 317 967 A2 offenbart ein Koordinaten- messgerät mit einem zweiachsigen Dreh-Schwenk-Gelenk, mit dessen Hilfe der Tastkopf mit dem Sensor in verschiedene Orientierungen (Winkelstellungen) relativ zu einem Werkstück gebracht werden kann. Dies macht es insbesondere möglich, einen Taststift in eine optimale Position relativ zu einem Werkstückmerkmal zu bringen, beispielsweise um eine horizontal verlaufende Bohrung an dem Werkstück zu vermessen. Alternativ zu dem taktilen Tastkopf könnte an dem Dreh-Schwenk-Gelenk ein berührungsloser Triangulationstastkopf befestigt und ebenfalls in eine günstige Orientierung relativ zu einem Werkstück gebracht werden.
[0007] Das Koordinatenmessgerät mit dem Dreh-Schwenk-Gelenk gemäß EP 0 317 967 A2 hat sich in vielen praktischen Anwendungen bewährt. Gleichwohl gibt es Messaufgaben, für die das bekannte Koordinatenmessgerät noch nicht optimal ist, weil etwa eine optimale Orientierung des Taststiftes mithilfe der zwei Dreh- bzw. Schwenkachsen während eines kontinuierlichen Scanvorgangs nicht ohne weiteres möglich ist.
[0008] Aus US 7,503,125 B2 ist ein Koordinatenmessgerät mit einem Tastkopf bekannt, der über ein sechsachsiges Dreh-Schwenk-Gelenk an das Koordinatenmessgerät angekoppelt ist. Ein solches Dreh-Schwenk-Gelenk ermöglicht nahezu beliebige Orientierungen des Tastkopfes im Raum. Allerdings ist ein solches Dreh-Schwenk-Gelenk sehr aufwändig und schwer und es benötigt relativ viel Platz innerhalb des zur Verfügung stehenden Messvolumens eines Koordinatenmessgerätes.
[0009] Aus US 2006/0010701 A1 ist ein Tastkopf für ein Koordinatenmessgerät bekannt, wobei der Tastkopf selbst zwei integrierte Dreh-/Schwenk-Antriebe aufweist, um den Taststift in unterschiedliche Orientierungen bringen zu können. In einigen Ausführungsbeispielen ist der Taststift seitlich versetzt zu einer oder beiden Drehachsen angeordnet, um bei einem in die Horizontale verschwenkten Taststift verschiedene Höhenlagen in vertikaler Richtung zu ermöglichen. Die Hinzufügung einer weiteren Drehachse oder der Austausch des Tastelements gegen einen anderen Sensor sind bei diesem Tastkopf jedoch nicht ohne weiteres möglich. Daher ist auch dieser Tastkopf in seinen Einsatzmöglichkeiten noch nicht optimal.
[0010] Ein weiterer Tastkopf mit einer integrierten Dreh-Schwenk-Einheit ist aus EP 1 602 900 A2 bekannt. Der bekannte Tastkopf besitzt zwei elektrische Antriebe, die nicht nur benötigt werden, um die aktuelle Orientierung des Taststiftes zu verändern, sondern auch um den Taststift in seiner aktuellen Orientierung zu halten. Dementsprechend müssen die elektrischen Antriebe während einer Messung mit dem Tastkopf bestromt sein, was dauerhaft Wärme in dem Tastkopf erzeugt. Der Austausch des Sensors oder die Ergänzung einer weiterer Dreh- oder Schwenkachse erscheinen auch in diesem Fall problematisch.
[0011] DE 10 2007 022 326 A1 offenbart ein Koordinatenmessgerät mit einem passiven Dreh-Schwenk-Gelenk, d.h. mit einem Dreh-Schwenk-Gelenk, das ohne inte- grierte elektrische Antriebe auskommt. Das Dreh-Schwenk-Gelenk besitzt zwei von außen zugängliche Zahnräder, die jeweils gedreht werden können, indem der Tastkopf mithilfe der Antriebe des Koordinatenmessgerätes relativ zu einer Zahnstange linear verfahren wird. Dieser passive Dreh-Schwenk-Mechanismus minimiert somit einen Wärmeeintrag im Bereich des Tastelements, was im Hinblick auf die Messgenauigkeit wünschenswert ist. Eine Verstellung des Tastelements ist hier allerdings zeitaufwändig und nur schwer während eines kontinuierlichen Scanvorgangs denkbar.
[0012] Generell besteht der Wunsch, einen Sensor zur Erfassung von Messpunkten an einem Messobjekt möglichst flexibel im Raum orientieren zu können, um möglichst viele verschiedene Messpunkte an einem Werkstück erfassen zu können, ohne die Position und Lage des Werkstücks ändern zu müssen. Wünschenswert ist ferner, verschiedene Tastköpfe mit unterschiedlichen Sensorprinzipien und/oder Tastelementen an einem Koordinatenmessgerät verwenden zu können, weil die verschiedenen Sensorprinzipien und Tastelemente jeweils unterschiedliche Vor- und Nachteile haben und somit für eine bestimmte Messaufgabe verschiedene Tastelemente und Sensorprinzipien vorteilhaft sein können. Darüber hinaus ist es wünschenswert, wenn der Tastkopf eines Koordinatenmessgerätes möglichst leicht und kompakt ist, damit er schnelle Bewegungen des Koordinatenmessgerätes im Messablauf ermöglicht und das zur Verfügung stehende Messvolumen möglichst wenig beeinträchtigt.
[0013] Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tastkopf für ein Koordinatenmessgerät anzugeben, der eine noch größere Flexibilität bietet, um verschiedene Messaufgaben schnell und mit hoher Genauigkeit ausführen zu können. Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, ein Koordinatenmessgerät anzugeben, das mit einem solchen Tastkopf verschiedene Messaufgaben mit großer Flexibilität und Genauigkeit ausführen kann.
[0014] Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Tastkopf der eingangs genannten Art gelöst, mit einer Schubstange, die mit dem dritten Tastkopfteil in einem seitlichen Abstand zu der zweiten Achse gekoppelt ist, wobei der erste Aktor die Schubstange in einer Längsrichtung bewegt, um das dritte Tastkopfteil relativ zu dem zweiten Tastkopfteil zu verschwenken. [0015] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Koordinatenmessgerat der eingangs genannten Art gelöst, wobei ein solcher Tastkopf an dem Dreh-Schwenk-Gelenk angeordnet ist.
[0016] Der neue Tastkopf besitzt zwei integrierte Dreh- bzw. Schwenkachsen, die windschief zueinander liegen. Windschief bedeutet, dass sich die beiden Achsen im Raum nicht schneiden und auch nicht parallel zueinander verlaufen. Vorzugsweise sind die beiden Achsen mit einem definierten Abstand orthogonal zueinander angeordnet, so dass das dritte Tastkopfteil um zwei orthogonal zueinander angeordnete Raumachsen gedreht oder verschwenkt werden kann. Die Drehbewegung um die erste Achse ist vorteilhafterweise kontinuierlich und unbegrenzt möglich, während die Schwenkbewegung um die zweite Achse auf einen definierten Schwenkwinkel von beispielsweise +/- 45° begrenzt ist. Prinzipiell könnten die erste und zweite Achse aber auch nicht-orthogonal zueinander angeordnet sein und somit einen anderen Winkel als 90° einschließen.
[0017] Die erste und zweite Achse sind hier bewusst windschief zueinander angeordnet, d.h. die windschiefe Anordnung der beiden Achsen ist keine unerwünschte Folge von Fertigungstoleranzen, sondern dauerhaft konstruktiv angelegt. Im Gegensatz dazu ist die windschiefe Anordnung der Dreh- und Schwenkachse bei dem Koordinaten- messgerät aus EP 0 317 967 A2 ein unerwünschtes Merkmal, das im Rahmen der Kalibrierung des Dreh-Schwenk-Gelenks berücksichtigt wird. Der neue Tastkopf nutzt den konstruktiv angelegten seitlichen Abstand zwischen der ersten und zweiten Achse bewusst, um das dritte Tastkopfteil mithilfe der Schubstange relativ zu dem zweiten Tastkopfteil zu verschwenken. Der seitliche Abstand zwischen der ersten und zweiten Achse dient also dazu, um mithilfe einer einfachen Bewegung in Längsrichtung die Schwenkbewegung des dritten Tastkopfteils relativ zu dem zweiten Tastkopfteil zu bewirken.
[0018] Die bewusst windschiefe Anordnung der ersten und zweiten Achse in Verbindung mit der Schubstange ermöglicht eine sehr leichte und kompakte Integration der beiden Bewegungsachsenachsen in den neuen Tastkopf. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, den Tastkopf mit integrierten Bewegungsachsen an einem Dreh- Schwenk-Gelenk mit weiteren Bewegungsachsen anzuordnen. Insgesamt bietet eine solche Kombination dann vier weitgehend unabhängige Dreh- und Schwenkachsen und damit eine große Flexibilität bei der Orientierung des Tastkopfes im Raum. Die Kombination des neuen Tastkopfes mit einem Dreh-Schwenk-Gelenk ist besonders vorteilhaft zum schnellen taktilen Scannen von komplexen Werkstücken, weil das Tastelement um die vier Dreh- und Schwenkachsen bewegt werden kann und somit einer komplexen Werkstückgeometrie sehr gut folgen kann. Beispielsweise kann mithilfe des neuen Tastkopfes an einem Dreh-Schwenk-Gelenk eine schräge Kegelverzahnung an einem Werkstück in sehr vorteilhafter Weise ohne einen Rundtisch oder eine andere drehbare Werkstückaufnahme vermessen werden. Darüber hinaus vereinfacht der neue Tastkopf in sehr vorteilhafter Weise schwierige Messungen in sehr engen Werkstückgeometrien.
[0019] Des Weiteren kann der Tastkopf aufgrund seiner leichten und kompakten Konstruktion sehr gut an einem Dreh-Schwenk-Gelenk eingesetzt werden, an dem alternativ auch andere Tastköpfe, insbesondere berührungslose Tastköpfe, eingesetzt werden können. Daher bietet der neue Tastkopf eine besonders große Flexibilität. Auch sehr komplexe Messaufgaben können schnell und mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Die oben genannte Aufgabe ist vollständig gelöst.
[0020] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verläuft die Längsrichtung parallel zu der ersten Achse und insbesondere entlang der ersten Achse.
[0021] In bevorzugten Ausführungsbeispielen dieser Ausgestaltung ist die Schubstange parallel zu der ersten Achse und insbesondere entlang der ersten Achse angeordnet. Das zweite Tastkopfteil dreht sich in diesem Fall um die Schubstange herum. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Realisierung, die sich zudem gut austarieren lässt. Aber auch wenn die Schubstange nicht genau auf der ersten Achse angeordnet ist, ermöglicht diese Ausgestaltung eine sehr kompakte und leichtbauende Realisierung. Besonders vorteilhaft ist diese Ausgestaltung, wenn die erste und zweite Achse orthogonal zueinander angeordnet sind, weil die Schubstange in diesem Fall sehr wirkungsvoll ein Drehmoment um die zweite Achse erzeugt. Der erste Aktor kann dann relativ klein und leichtbauend sein. [0022] In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet der Tastkopf eine Hohlwelle, über die das zweite Tastkopfteil drehbar an dem ersten Tastkopfteil angeordnet ist, wobei die Schubstange in der Hohlwelle verläuft.
[0023] Auch diese Ausgestaltung trägt zu einer sehr kompakten und leichtbauenden Realisierung vorteilhaft bei. Sie ermöglicht außerdem eine günstige Gewichtsverteilung. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schubstange und die Hohlwelle konzentrisch zu einer Geraden liegen, auf der auch ein an dem Tastkopf angeordneter Taststift mit seiner Längsachse liegt. Schubstange, Hohlwelle und Taststift definieren in dieser vorteilhaften Variante eine gemeinsame Längsachse, um die sich das zweite Tastkopfteil relativ zu dem ersten Tastkopfteil dreht und entlang der die Schubstange bewegt wird, um das dritte Tastkopfteil relativ zu dem zweiten Tastkopfteil zu verschwenken.
[0024] In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet die Schubstange eine Spindel, die von dem ersten Aktor angetrieben wird. Vorzugsweise ist der erste Aktor ein Elektromotor, der über einen Reibschluss und/oder einen Formschluss mit der Schubstange gekoppelt ist. In einigen Ausgestaltungen kann der erste Aktor ein Linearantrieb sein. In einem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der erste Aktor hingegen ein Elektromotor, der eine Drehbewegung erzeugt.
[0025] Diese Ausgestaltung ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad, so dass ein vergleichsweise kleiner und leichtbauender Aktor zum Verschwenken des dritten Tastkopfteils genügt. Außerdem kann diese Ausgestaltung sehr kostengünstig realisiert werden. Zudem ermöglicht die Spindel eine einfache Selbsthaltung, so dass der erste Aktor nur in Betrieb genommen werden muss, um die Schwenkposition des dritten Tastkopfteils relativ zu dem zweiten Tastkopfteil zu verändern. Sobald das dritte Tastkopfteil eine gewünschte Schwenkposition erreicht hat, kann der erste Aktor abgeschaltet werden, was vorteilhaft ist, um eine betriebsbedingte Erwärmung des Tastkopfes zu minimieren.
[0026] In einer weiteren Ausgestaltung ist die Schubstange über ein Federelement, insbesondere über eine Schraubenfeder, mit dem dritten Tastkopfteil gekoppelt. Vorzugsweise ist die Schubstange über ein Drehlager, insbesondere ein Kugellager, drehbar an dem Federelement befestigt, so dass sich die Schubstange relativ zu dem Federelement drehen kann. Alternativ oder ergänzend hierzu kann das Federelement in weiteren Ausgestaltungen über ein (weiteres) Drehlager drehbar an dem dritten Tastkopfteil befestigt sein. Anstelle von Kugellagern können in einigen Ausführungsbeispielen Gleitlager verwendet sein, um das Federelement und/oder das dritte Tastkopfteil von der Drehbewegung der Spindel zu entkoppeln.
[0027] Mithilfe des Federelements lässt sich in sehr vorteilhafter Weise eine definierte Messkraft erzeugen, die zum Antasten eines Messpunktes wünschenswert ist. Insbesondere lässt sich mit dieser Ausgestaltung eine Messkraftkomponente in der Längsrichtung erzeugen Vorzugsweise ist das Federelement ein mechanisches Federelement. Alternativ oder ergänzend könnte das Federelement aber beispielsweise ein magnetisches Federelement sein. Die Erzeugung der Messkraft ist hier passiv, was vorteilhaft ist, um eine Erwärmung des Tastkopfes im Betrieb zu minimieren. Alternativ ist es in anderen Ausgestaltungen möglich, die Messkraft mithilfe eines aktiven gesteuerten Elements, wie etwa einer Tauchspule oder einem Piezoaktor, zu erzeugen. Die Befestigung des Federelements an der Schubstange über ein Kugellager ermöglicht eine gute Entkopplung, so dass sich ein Taststift beim Antasten eines Messpunktes allein gegen die Federkraft bewegen muss. Die Ausgestaltung ist darüber hinaus vorteilhaft, weil sie mithilfe der Schubstange eine sehr einfache und wirkungsvolle Tarierung des Tastkopfes in der Längsrichtung ermöglicht.
[0028] In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der Tastkopf ein erstes und ein zweites Sensorelement, wobei das erste Sensorelement einen ersten Sensorwert liefert, der für eine aktuelle Position der Schubstange repräsentativ ist, und wobei das zweite Sensorelement einen zweiten Sensorwert liefert, der für eine aktuelle Position des dritten Tastkopfteils relativ zu dem zweiten Tastkopfteil repräsentativ ist.
[0029] Diese Ausgestaltung ermöglicht auf sehr einfache und kostengünstige Weise die Bestimmung der passiv erzeugten Messkraft anhand einer Differenz der genannten Sensorwerte. Der erste Sensorwert repräsentiert die aktuelle Position der Schubstange und damit einen Sollwert für die Position des dritten Tastkopfteils relativ zu dem zweiten Tastkopfteil. Der zweite Sensorwert liefert die aktuelle Position des dritten Tastkopfteils. Die Differenz zwischen der Sollposition und der aktuellen Position ist ein Maß für die Auslenkung des dritten Tastkopfteils relativ zu dem zweiten Tastkopfteil gegen die Federkraft des Federelements. Mithilfe der Federkonstante, die in den bevorzugten Ausgestaltungen als Parameterwert in einem Speicher des Tastkopfes und/oder der Auswerte- und Steuereinheit gespeichert ist, lässt sich auf sehr einfache Weise die tatsächlich auf einen Messpunkt ausgeübte Messkraft bestimmen, was für eine hohe Messgenauigkeit von Vorteil ist. Vorzugsweise ist die Auswerte- und Steuereinheit dazu ausgebildet, die Messpunktkoordinaten eines angetasteten Messpunktes in Abhängigkeit von der Messkraft zu bestimmen, die zuvor anhand der genannten Sensorwerte bestimmt wurde.
[0030] In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der Tastkopf ein Antriebsrad und einen zweiten Aktor, der dazu ausgebildet ist, das Antriebsrad in eine Drehbewegung zu versetzen, wobei das Antriebsrad mit dem ersten Tastkopfteil fest und mit dem zweiten Tastkopfteil nachgiebig gekoppelt ist, oder umgekehrt.
[0031] Die nachgiebige Kopplung sorgt dafür, dass ein definiertes Spiel in dem Antriebsstrang vom zweiten Aktor zu dem zweiten Tastkopfteil enthalten ist. Aufgrund dieses Spiels kann der zweite Aktor einerseits das zweite Tastkopfteil relativ zu dem ersten Tastkopfteil verdrehen. Andererseits kann sich das zweite Tastkopfteil über einen begrenzten Drehwinkel relativ zu dem ersten Tastkopfteil verdrehen, auch wenn der zweite Aktor unbetätigt ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht daher eine wünschenswerte Auslenkung des zweiten Tastkopfteils relativ zu dem ersten Tastkopfteil bei der Antastung eines Messpunktes. Die nachgiebige Kopplung kann in sehr vorteilhafter Weise zur Erzeugung einer passiven Messkraft quer zu der ersten Achse genutzt werden. Auch diese Ausgestaltung trägt dazu bei, eine betriebsbedingte Erwärmung des Tastkopfes zu minimieren. Vorzugsweise ist das Antriebrad an dem ersten Tastkopfteil gelagert und über ein Federelement nachgiebig mit dem zweiten Tastkopfteil gekoppelt, weil dies einen besonders kompakten und stabilen Aufbau erleichtert.
[0032] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung besitzt der Tastkopf ein Magnetelement, über welches das Antriebsrad mit dem zweiten Tastkopfteil (oder alternativ dem ersten Tastkopfteil) nachgiebig gekoppelt ist. [0033] In dieser Ausgestaltung wird das definierte, begrenzte Spiel zwischen dem zweiten Aktor und dem zweiten Tastkopfteil über eine magnetische Kopplung erreicht. Dementsprechend dient die mithilfe des Magnetelements erzeugte Magnetkraft zur Messkrafterzeugung. Beim Antasten eines Messpunktes kann sich das zweite Tastkopfteil gegen die Magnetkraft des Magnetelements verdrehen, obwohl der zweite Aktor über das Antriebsrad mit dem zweiten Tastkopfteil gekoppelt ist. Alternativ hierzu könnte die nachgiebige Kopplung in anderen Ausgestaltungen der Erfindung mit einem mechanischen Federelement, wie etwa einer Spiralfeder, einer Schraubenfeder, einer Drehstabfeder, oder einem anderen gegen die Drehbewegung wirkenden Federelement realisiert sein. Die magnetische Kopplung besitzt demgegenüber den Vorteil, dass sie reibungsfrei ist. Sie ermöglicht darüber hinaus eine besonders kompakte und verschleißarme Realisierung.
[0034] In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der Tastkopf ein drittes Sensorelement, das einen dritten Sensorwert liefert, und ein viertes Sensorelement, das einen vierten Sensorwert liefert, wobei der dritte Sensorwert für eine Drehposition des Antriebsrades repräsentativ ist, und wobei der vierte Sensorwert für eine Drehposition des zweiten Tastkopfteils relativ zu dem ersten Tastkopfteil repräsentativ ist.
[0035] Diese Ausgestaltung ermöglicht auf sehr einfache und kostengünstige Weise die Bestimmung der Messkraft quer zu der ersten Achse. Ähnlich wie bereits oben in Bezug auf das erste und zweite Sensorelement beschrieben, lässt sich die Messkraft hier anhand der Differenz zwischen der aktuellen Drehposition des Antriebsrades und der aktuellen Drehposition des zweiten Tastkopfteils relativ zum ersten Tastkopfteil sehr einfach bestimmen. Der dritte Sensorwert repräsentiert eine Sollposition des zweiten Tastkopfteils relativ zum ersten Tastkopfteil. Der vierte Sensorwert repräsentiert die aktuelle Drehposition. Die Differenz zwischen diesen beiden Drehpositionen korreliert mit der Messkraft, die der Tastkopf quer zu der ersten Achse auf einen Messpunkt ausübt. Vorzugsweise ist die Auswerte- und Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, die Messpunktkoordinaten eines angetasteten Messpunktes in Abhängigkeit von der Messkraft zu bestimmen, die zuvor anhand der dritten und vierten Sensorwerte bestimmt wurde. [0036] In einer weiteren Ausgestaltung weist das dritte Tastkopfteil eine zweite Wechselschnittstelle auf, die zur lösbaren Ankopplung eines Tastelements, insbesondere eines Taststiftes, ausgebildet ist. Vorzugsweise beinhaltet die zweite Wechselschnittstelle ein oder mehrere Positionierungselemente, mit deren Hilfe eine definierte Position des Tastelements relativ zu dem dritten Tastkopfteil reproduzierbar gewährleistet ist. Beispielsweise kann die Wechselschnittstelle ein Tripel von jeweils paarweise nebeneinander angeordneten Zylinderrollen beinhalten, während das Tastelement ein Tripel von Kugeln aufweist, wobei jeweils eine Kugel zwischen ein Zylinderrollenpaar eingreift, wenn das Tastelement an dem dritten Tastkopfteil befestigt ist. Alternativ hierzu könnte das Tastkopfteil ein entsprechendes Kugeltripel aufweisen, wobei jeweils eine Kugel zwischen zwei Zylinderrollen an dem Tastelement eingreift.
[0037] Die Ausgestaltung besitzt einerseits den Vorteil, dass das Tastelement auswechselbar an dem neuen Tastkopf befestigt werden kann. Insbesondere können so verschieden lange Taststifte und/oder verschiedene Kombinationen von Taststiften wahlweise an dem Tastkopf befestigt werden. Die Ausgestaltung erhöht damit die Flexibilität im Hinblick auf die Durchführung von verschiedenen Messaufgaben noch weiter. Prinzipiell könnte an die zweite Wechselschnittstelle aber anstelle eines Tastelements auch ein anderer Sensor gekoppelt werden, wie etwa ein berührungsloser optischer Sensor. Darüber hinaus kann mithilfe der Wechselschnittstelle ein sehr wirkungsvoller Kollisionsschutz realisiert werden, da das Tastelement bei einer Blockade an der Wechselschnittstelle "abreißen" kann, ohne dass die Mechanik des Tastkopfes Schäden nimmt. In bevorzugten Ausführungsbeispielen wird das Tastelement daher rein magnetisch an dem dritten Tastkopfteil gehalten, um ein zerstörungsfreies "Abreißen" im Falle einer Kollision zu ermöglichen.
[0038] Besonders bevorzugt ist es, wenn der Tastkopf im Bereich der zweiten Wechselschnittstelle ein weiteres Sensorelement aufweist, mit dessen Hilfe das Ablösen des Tastelements von dem dritten Tastkopfteil detektiert werden kann. In diesen Fällen ist es von Vorteil, wenn die Auswerte- und Steuereinheit des Koordinatenmessgerätes die Bewegung des Tastkopfes relativ zu dem Werkstück bzw. relativ zu der Werkstückaufnahme stoppt, sobald das weitere Sensorelement ein entsprechendes Signal liefert. In einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet das weitere Sensorelement einen elektrischen Kontaktpfad, der beispielsweise über eines oder mehrere Positionierungselemente geführt sein kann, wobei der Kontaktpfad unterbrochen wird, wenn sich das Tastelement aus dem Positionierungselement am dritten Tastkopfteil löst.
[0039] In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der Tastkopf ein Tastelement mit einer Basis, einer von der Basis entfernten Tastspitze und einem Schwerpunkt, der zwischen der Basis und der Tastspitze liegt, wobei der Schwerpunkt auf einer Strecke liegt, die einen minimalen Abstand zwischen der ersten und zweiten Achse repräsentiert.
[0040] In dieser Ausgestaltung liegen die Basis und die Tastspitze des Tastelements auf unterschiedlichen Seiten einer Ebene, die senkrecht zu der ersten Achse liegt und in der die zweite Achse verläuft. Die Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass der Tastkopf mit dem Tastelement quer zu der ersten Achse austariert ist. Ein Verschwenken des Tastkopfes aus einer Position, in der die erste Achse vertikal liegt, in eine zweite Position, in der die erste Achse horizontal liegt, hat somit keine nennenswerte Auswirkung auf die Position des Tastelements relativ zu dem dritten Tastkopfteil. Mit anderen Worten kann sich das Tastelement auch bei einem in die horizontale Lage verschwenkten Tastkopf bewegen, ohne dass ein Gewichtsausgleich benötigt wird. Lediglich in der Längsrichtung, in der sich die Schubstange bewegt, muss dann gegebenenfalls das Gewicht des Tastelements ausgeglichen werden, was in den vorteilhaften Ausführungsbeispielen sehr einfach und wirkungsvoll mithilfe der Schubstange erfolgen kann.
[0041] In einer weiteren Ausgestaltung besitzt das Tastelement zwei orthogonal zueinander verlaufende Taststifte, von denen einer mithilfe des dritten Tastkopfteils parallel zu der ersten Achse positionierbar ist.
[0042] In dieser Ausgestaltung besitzt der Tastkopf ein Tastelement mit zwei L-förmig zueinander angeordneten Taststiften. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist einer dieser Taststifte im Ruhezustand parallel zu der ersten Achse und insbesondere auf der ersten Achse angeordnet. Der zweite Taststift steht in diesem Fall quer zu der ersten Achse. Durch Drehen des zweiten Tastkopfteils relativ zum ersten Tastkopfteil kann der zweite Taststift eine kreisförmige Abtastbahn durchlaufen. Damit lassen sich Innendurchmesser von Bohrungen oder dergleichen einfach und schnell vermessen. Zusätzlich kann mithilfe der zweiten Achse eine Schwenkbewegung der beiden Taststifte erzeugt werden, was vorteilhaft ist, um etwa einen helixförmigen Nutverlauf innerhalb einer Bohrung zu vermessen. Darüber hinaus steht der parallel zur ersten Achse angeordnete Taststift ebenfalls zur Verfügung, so dass der neue Tastkopf noch variantenreicher ist und noch flexibler an unterschiedliche Messaufgaben angepasst werden kann.
[0043] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
[0044] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines Koordinatenmessgerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des neuen Tastkopfes an einem Dreh- Schwenk-Gelenk,
Fig. 3 den Tastkopf aus Fig. 2 in einer weiteren Ansicht, und
Fig. 4 den Tastkopf aus Fig. 2 in einer Ansicht von schräg unten.
[0045] In Fig. 1 ist ein Koordinatenmessgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Das Koordinatenmessgerät 10 besitzt hier eine Basis 12, auf der ein Portal 14 angeordnet ist. Das Portal 14 kann mithilfe eines elektrischen Antriebs (hier nicht näher dargestellt) auf der Basis 12 in einer Längsrichtung verfahren werden, die üblicherweise als y-Achse bezeichnet wird. Am oberen Querträger des Portals 14 ist ein Schlitten 16 angeordnet, der mithilfe eines weiteren elektrischen Antriebs (hier ebenfalls nicht dargestellt) entlang einer zweiten Richtung verfahren werden kann, die üblicherweise als x-Achse bezeichnet wird. Der Schlitten 16 trägt eine Pinole 18, die mithilfe eines weiteren Antriebs in einer dritten Längsrichtung verfahren werden kann, die üblicherweise als z-Achse bezeichnet wird. Typischerweise sind die drei Bewegungsachsen des Koordinatenmessgerätes 10 orthogonal zueinander.
[0046] Bei der Bezugsziffer 20 sind hier Maßstäbe angedeutet, die entlang der Bewegungsachsen des Koordinatenmessgerätes 10 angeordnet sind. Mithilfe der Maßstäbe kann die jeweils aktuelle Position des Portals 14 relativ zur Basis 12 sowie die aktuelle Position des Schlittens 16 relativ zum Portal 14 und die aktuelle Position der Pinole 18 relativ zu dem Schlitten 16 bestimmt werden.
[0047] Am unteren freien Ende der Pinole 18 ist hier ein Dreh-Schwenk-Gelenk 22 angeordnet, das einen Tastkopf 24 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung trägt. Der Tastkopf 24 kann mithilfe des Dreh-Schwenk-Gelenks 22 um zwei zueinander orthogonale Drehachsen gedreht und verschwenkt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die erste Drehachse parallel zur z-Achse. Sie wird typischerweise als A-Achse bezeichnet (siehe Fig. 2). Die zweite Drehachse ist orthogonal zu der A-Achse angeordnet und wird typischerweise als B-Achse bezeichnet (Fig. 2). In einigen Ausführungsbeispielen kann das Dreh-Schwenk-Gelenk 22 ein rastendes Dreh- Schwenk-Gelenk sein. In diesem Fall ist die Anzahl der möglichen Dreh- oder Schwenkpositionen begrenzt. Das Dreh-Schwenk-Gelenk 22 rastet in der jeweils gewählten Dreh- und Schwenkposition ein. Elektrische Antriebe (hier nicht dargestellt) werden nur für die Einstellung einer neuen Dreh- oder Schwenkposition benötigt.
[0048] In anderen Ausführungsbeispielen kann das Dreh-Schwenk-Gelenk 22 ein kontinuierliches Dreh-Schwenk-Gelenk sein, so dass der Tastkopf 24 in eine unbegrenzte Anzahl an Dreh- und Schwenkpositionen orientiert werden kann. Prinzipiell kann der neue Tastkopf 24 darüber hinaus auch starr an der Pinole 18 eines Koordinatenmessgerätes 10 befestigt sein, weil der Tastkopf 24 selbst weitere Drehachsen zur Verfügung stellt. Aus heutiger Sicht ist jedoch die Kombination des neuen Tastkopfes 24 mit einem Dreh-Schwenk-Gelenk 22 besonders vorteilhaft. [0049] Mit der Bezugsziffer 26 ist ein Messobjekt bezeichnet, das hier auf der Basis 12 abgelegt ist. Die Basis 12 trägt daher in diesem Ausführungsbeispiel nicht nur das Portal 14, sondern sie fungiert auch als Werkstückaufnahme. In anderen Ausführungsbeispielen kann eine separate Werkstückaufnahme zum Positionieren eines Messobjekts 26 vorgesehen sein.
[0050] Generell ist die vorliegende Erfindung nicht auf Koordinatenmessgeräte in Portalbauweise beschränkt. Sie kann ebenso bei Koordinatenmessgeräten realisiert sein, bei denen der Tastkopf 24 auf andere Weise relativ zu einem Messobjekt 26 positioniert werden kann, insbesondere bei Koordinatenmessgeräten mit einer verfahrbaren Werkstückaufnahme in Form eines x-y-Kreuztisches oder bei Koordinatenmessgeräten in Horizontalarm bauweise.
[0051] Mit der Bezugsziffer 28 ist eine Auswerte- und Steuereinheit bezeichnet, die hier über eine Kabelverbindung mit den elektrischen Antrieben und den Leseköpfen für die Maßstäbe 20 verbunden ist. Die Auswerte- und Steuereinheit 28 ist dazu ausgebildet, die Bewegungen des Koordinatenmessgerätes 10 entlang der Achsen x, y, z sowie die Bewegungen des Dreh-Schwenk-Gelenks 22 um die Achsen A und B sowie die Bewegungen des Tastkopfes 24 zu steuern, um ausgewählte Messpunkte 30 an dem Messobjekt 26 anzutasten. Darüber hinaus ist die Auswerte- und Steuereinheit 28 dazu ausgebildet, anhand der aktuellen Position des Tastkopfes 24 innerhalb des Messvolumens des Koordinatenmessgerätes 10 sowie anhand der nachfolgend näher erläuterten Sensorwerte des Tastkopfes 24 Raumkoordinaten zu bestimmen, die die Position des jeweils angetasteten Messpunktes 30 innerhalb des Messvolumens repräsentieren. Durch Antasten einer Vielzahl von Messpunkten 30 können dann geometrische Eigenschaften des Messobjekts 26 bestimmt werden. Dies geschieht typischerweise mit einer Auswertesoftware, die entweder auf der Auswerte- und Steuereinheit 28 oder auf einem separaten Auswerte-PC ausgeführt wird.
[0052] In den Fig. 2 bis 4 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des neuen Tastkopfes 24 an dem Dreh-Schwenk-Gelenk 22 dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei dieselben Elemente wie zuvor. [0053] Der Tastkopf 24 besitzt ein erstes Tastkopfteil 34 mit einer ersten Wechselschnittstelle 36, die zur lösbaren und auswechselbaren Ankopplung des Tastkopfes 24 an dem Dreh-Schwenk-Gelenk 22 ausgebildet ist. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die erste Wechselschnittstelle 36 mithilfe eines magnetisch gehaltenen Tellers ausgebildet (hier nicht näher dargestellt), wie er von anderen bereits am Markt vertriebenen Tastköpfen bekannt ist. Das Dreh-Schwenk-Gelenk 22 ist in einigen Ausführungsbeispielen ein rastendes Dreh-Schwenk-Gelenk, wie es von der Amelderin unter der Bezeichnung RDS angeboten und vertrieben wird. Dementsprechend ist die erste Wechselschnittstelle 36 in den bevorzugten Ausführungsbeispielen kompatibel zu der Tastkopf- Schnittstelle des RDS-Dreh-Schwenk-Gelenks von Zeiss. Prinzipiell könnte der Tastkopf 24 aber auch eine erste Wechselschnittstelle 36 besitzen, die kompatibel zu entsprechenden Tastkopfaufnahmen von anderen Herstellern von Koordinatenmessgeräten sind. Insbesondere kann die erste Wechselschnittstelle zur direkten Ankopplung des Tastkopfes 24 an das freie Ende der Pinole 18 eines Koordinatenmessgerätes ausgebildet sein.
[0054] Das erste Tastkopfteil 34 besitzt in diesem Ausführungsbeispiel einen Ring 38 und eine Platte 40, die hier senkrecht zu dem Ring 38 angeordnet ist und in der Seitenansicht gemäß Fig. 2 zusammen mit dem Ring 38 eine L-Form bildet. Die erste Wechselschnittstelle 36 ist an dem freien Ende der Platte 40 angeordnet, das von dem Ring 38 abgewandt ist.
[0055] Das erste Tastkopfteil 34 bildet die Basis des Tastkopfes 24, an die ein zweites Tastkopfteil 42 und ein drittes Tastkopfteil 44 jeweils beweglich gekoppelt sind. Das zweite Tastkopfteil 42 beinhaltet in diesem Ausführungsbeispiel eine Hohlwelle 46 und einen Bügel 48, der an einem ersten (unteren) Ende der Hohlwelle 46 angeordnet und mit der Hohlwelle 46 starr verbunden ist. Die Hohlwelle 46 ragt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit ersten Ende durch den Ring 38 des ersten Tastkopfteils 34 hindurch, und der Bügel 48 ist in der Darstellung der Fig. 2 unterhalb des Rings 38 angeordnet. Mit anderen Worten sitzt der Bügel 48 unterhalb einer von dem Ring 38 aufgespannten Ebene 51 , während die Hohlwelle 46 durch diese Ebene 51 senkrecht hindurch tritt. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen verläuft die Längsachse 50 der Hohlwelle 46 orthogonal zu der Ebene 51 , die von dem Ring 38 aufgespannt wird. [0056] An der Hohlwelle 46 ist eine Encoderscheibe 52 befestigt, die hier parallel zu dem Ring 38 angeordnet ist. Im Bereich der Encoderscheibe 52 ist ein Sensorelement 54 an der Platte 40 befestigt. Mithilfe des Sensorelements 54 kann eine aktuelle Drehposition der Hohlwelle 54 relativ zu dem Ring 38 bestimmt werden. Dementsprechend liefert das Sensorelement 54 einen Sensorwert, der für eine aktuelle Drehposition des zweiten Tastkopfteils 42 relativ zum ersten Tastkopfteil 34 repräsentativ ist.
[0057] Das zweite Tastkopfteil 42 beinhaltet ferner eine Ringscheibe 56, die hier einen U-förmigen Ausschnitt aufweist. In dem U-förmigen Ausschnitt ist eine Platte 58 angeordnet, die über ein Scharnier 60 an einem freien Ende des Bügels 48 verschwenkbar gelagert ist. Die Platte 58 gehört zu dem dritten Tastkopfteil 44, das über das Scharnier 60 verschwenkbar an dem zweiten Tastkopfteil 42 gehalten ist. Die Schwenkachse, um die die Platte 58 relativ zu dem Bügel 48 verschwenkt werden kann, ist in Fig. 3 bei der Bezugsziffer 62 angedeutet.
[0058] Die Platte 58 besitzt an ihrer Unterseite (das ist hier die von der Hohlwelle 46 abgewandte Seite) eine zweite Wechselschnittstelle 64, die dazu ausgebildet ist, ein Tastelement auswechselbar aufzunehmen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Tastelement eine Taststiftkombination mit einem ersten Taststift 66, einem zweiten Taststift 68 und einer Basis 70. Der erste Taststift 66 ist hier auf der Längsachse 50 der Hohlwelle 46 angeordnet, d.h. er erstreckt sich im Zentrum der gedachten Verlängerung der Hohlwelle 46. Der zweite Taststift 68 ist hier orthogonal zu dem ersten Taststift 66 angeordnet. Die beiden Taststifte 66, 68 definieren hier eine L-Form, an deren Eckpunkt die Basis 70 sitzt. An der Basis 70 ist das Gegenstück zu der zweiten Wechselschnittstelle 64 ausgebildet, so dass die Taststiftkombination 66, 68 auswechselbar an der Wechselschnittstelle 64 gehalten ist.
[0059] Abweichend von dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel könnten an der zweiten Wechselschnittstelle 64 auch andere Taststiftkombinationen oder auch ein einzelner Taststift angeordnet sein, der sich dann vorzugsweise entlang der Längsachse 50 erstreckt. Prinzipiell können anstelle der Taststifte 66, 68, die hier jeweils eine kugelförmige Tastspitze 72 aufweisen, auch andere Tastelemente an der Wechselschnittstelle 64 befestigt werden. [0060] Um eine Schwenkbewegung der Platte 58 um die Schwenkachse 62 zu bewirken, ist die Platte 58 mit einer Schubstange 74 gekoppelt. Die Schubstange 74 erstreckt sich in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch den lichten Innenraum der Hohlwelle 46 und liegt insbesondere konzentrisch zu der Hohlwelle. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schubstange 74 als Spindel ausgebildet, die an ihrem oberen freien Ende ein Antriebsrad 76 trägt. Das Antriebsrad 76 ist hier mit einem elektrischen Drehantrieb 78 gekoppelt. Der Drehantrieb 78 kann das Antriebsrad 76 hier über einen Reib- und/oder Formschluss in eine Drehbewegung um die Längsachse 50 versetzen. Infolge dieser Drehbewegung bewegt sich die als Spindel ausgebildete Schubstange 74 linear entlang der Längsachse 50, was in Fig. 3 mithilfe des Doppelpfeils 80 angedeutet ist. Da das Scharnier 60, welches die Schwenkachse 62 definiert, windschief und im bevorzugten Ausführungsbeispiel orthogonal und mit einem lateralen Abstand D zu der Längsachse 50 angeordnet ist, führt die Linearbewegung 80 der Schubstange 74 zu einem Drehmoment, welches die Platte 58 relativ zu dem Bügel 48 um die Schwenkachse 62 verschwenkt. Der Drehantrieb 78 ist hier somit ein erster Aktor, mit dessen Hilfe das dritte Tastkopfteil 44 relativ zu dem zweiten Tastkopfteil 42 verschwenkt werden kann. Aufgrund der bevorzugten Selbsthemmung der Spindel 74 wird der Aktor 78 nur benötigt, um die Schwenkposition des dritten Tastkopfteils 44 relativ zu dem zweiten Tastkopfteil 42 zu verändern. Der Drehantrieb 78 muss daher im Betrieb des Tastkopfes 24 nur vergleichsweise selten und kurz betätigt werden.
[0061] Alternativ zu dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Spindel kann die Schubstange 74 in anderen Ausführungsbeispielen rein translatorisch bewegt sein, insbesondere mit Hilfe von einem Linearantrieb als erstem Aktor.
[0062] Wie man in den Fig. 2 und 3 erkennen kann, ist die Platte 58 hier über ein Federelement in Form einer Schraubenfeder 82 mit dem freien Ende der Schubstange 74 gekoppelt. Das Federelement 82 ermöglicht unabhängig von der Schwenkposition, die mithilfe des Drehantriebs 78 und der Schubstange 74 eingestellt werden kann, eine Relativbewegung des dritten Tastkopfteils 44 relativ zu dem zweiten Tastkopfteil 42.
Diese Relativbewegung erfolgt gegen die Federkraft des Federelements 82. Dementsprechend kann mithilfe des Federelements 82 eine Messkraft beim Antasten eines Messpunktes an einem Messobjekt 26 erzeugt werden. In den bevorzugten Ausführungsbei- spielen ist das Federelement 82 über ein Drehlager an der spindelförmig ausgebildeten Schubstange 74 angekoppelt. In einigen Ausführungsbeispielen ist dieses Drehlager als Wälzlager, insbesondere als Kugelllager ausgebildet. In anderen Ausführungsbeispielen ist das Drehlager ein einfaches Gleitlager. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Federelement 82 über ein entsprechendes Drehlager an der Platte 58 bzw. dem dritten Tastkopfteil 44 befestigt sein.
[0063] Der Tastkopf 24 besitzt in diesem Ausführungsbeispiel ferner ein (erstes) Sensorelement 84, mit dessen Hilfe eine aktuelle Drehposition des Antriebsrades 76 detektiert werden kann. Das Sensorelement 84 liefert dementsprechend einen ersten Sensorwert, der auch für eine aktuelle Position der Schubstange repräsentativ ist. Die aktuelle Position der Schubstange ist ihrerseits repräsentativ für eine Sollposition des dritten Tastkopfteils 44 relativ zu dem zweiten Tastkopfteil 42 um die Schwenkachse 62 herum. Die tatsächliche Position des dritten Tastkopfteils 44 kann von der Sollposition, die mithilfe der Schubstange 74 eingestellt wurde, abweichen, wenn die Tastspitze 72 eines der Taststifte 66, 68 gegen einen Messpunkt am Messobjekt 26 drückt, weil dann das dritte Tastkopfteil 44 gegen die Federkraft des Federelements 82 ausweicht. Der Tastkopf 24 besitzt ein zweites Sensorelement 86, das einen zweiten Sensorwert liefert, der für die aktuelle Schwenkposition des dritten Tastkopfteils 44 relativ zu dem zweiten Tastkopfteil 42 repräsentativ ist. Aus der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Sensorwert kann man die aktuelle Messkraft bestimmen, die mithilfe des Federelements 82 beim Antasten eines Messpunktes erzeugt wird. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist ein entsprechend ausgebildetes Auswertemodul in der Auswerte- und Steuereinheit 28 hinterlegt.
[0064] Mit der Bezugsziffer 88 ist ein Haken bezeichnet, der auf der vom Taststift 66 abgewandten Oberseite der Platte 58 angeordnet ist. Der Haken 88 verschwenkt zusammen mit der Platte 58 um die Schwenkachse 62 herum, und er dient als Fanghaken, der den maximalen Schwenkwinkel des dritten Tastkopfteils 44 um die Schwenkachse 62 definiert. Bei maximalem Schwenkwinkel hakt das freie Ende des Hakens 88 an der Ringscheibe 56 des zweiten Tastkopfteils 42 ein und blockiert eine weitere Bewegung des dritten Tastkopfteils. [0065] Darüber hinaus dient der Haken 88 in diesem Ausführungsbeispiel als Halter für Magnete, deren aktuelle Position relativ zu dem zweiten Sensorelement 86 detektiert werden kann. In einigen Ausführungsbeispielen ist das zweite Sensorelement 86 ein Hallelement oder ein magnetoresistives Sensorelement, mit dessen Hilfe eine aktuelle Magnetfeldrichtung am Ort des Sensorelements detektiert werden kann. Alternativ hierzu könnte das zweite Sensorelement 86 ein optisches Sensorelement oder ein beliebiges anderes Sensorelement sein, das einen zweiten Sensorwert erzeugt, der für die aktuelle Position des dritten Tastkopfteils 44 relativ zu dem zweiten Tastkopfteil 42 um die Schwenkachse 62 herum repräsentativ ist.
[0066] Um eine Drehung des zweiten Tastkopfteils 42 relativ zu dem ersten Tastkopfteil 34 zu bewirken, besitzt der Tastkopf 24 hier einen weiteren Drehantrieb 90, der in diesem Fall über ein Reibrad 92 ein Antriebsrad 94 antreiben kann. Alternativ hierzu könnte der Drehantrieb 90 formschlüssig oder sogar materialschlüssig mit dem Antriebsrad 94 gekoppelt sein.
[0067] Das Antriebsrad 94 besitzt in diesem Ausführungsbeispiel mehrere Magnete 96 (siehe Fig. 4), die am Außenumfang des Antriebsrades 94 verteilt sind. Die Hohlwelle 46 trägt an ihrem oberen Ende ein hier insbesondere sternförmiges Weicheisenrad 98. Das Weicheisenrad 98 ist über die Magnete 96 nachgiebig mit dem Antriebsrad 94 gekoppelt, da sich das sternförmige Weicheisenrad 98 innerhalb des mit den Magneten 96 erzeugten Magnetfeldes ausrichtet. Über die magnetische Kopplung kann das Antriebsrad 94 einerseits die Hohlwelle 46 antreiben und somit das zweite Tastkopfteil 42 relativ zu dem ersten Tastkopfteil 34 verdrehen. Andererseits kann sich die Hohlwelle 46 bei stillstehendem Antrieb 90 gegen das Antriebsrad 94 verdrehen, wobei die Magnetkraft der Magnete 96 dieser "freien" Drehung entgegenwirkt. Dementsprechend wird mithilfe der magnetischen Kopplung auf passive Weise eine Messkraft beim Antasten eines Messpunktes erzeugt, deren Größe sich aus dem Drehmoment ergibt, das mithilfe der Magnete 96 und des Weicheisenrads 98 erzeugt wird.
[0068] Mit der Bezugsziffer 100 ist ein weiteres Sensorelement bezeichnet, das hier an dem ersten Tastkopfteil 34 befestigt ist. Das Sensorelement 100 beinhaltet beispielsweise ein Hallelement und/oder ein magnetoresistives Element, um einen weiteren Sensorwert zu erzeugen, der für eine aktuelle Drehposition des Antriebsrades 94 repräsentativ ist. Dieser weitere Sensorwert ist folglich auch für eine Sollposition des zweiten Tastkopfteils 42 um die Längsachse 50 repräsentativ. Das Sensorelement 54 liefert mithilfe der Encoderscheibe 52 einen vierten Sensorwert, der für die tatsächliche Drehposition des zweiten Tastkopfteils 42 relativ zum ersten Tastkopfteil 34 repräsentativ ist. Aus der Differenz der Sensorwerte, die von den Sensorelementen 54 und 100 geliefert werden, lässt sich somit die Messkraft bestimmen, mit der ein Taststift 66, 68 beim Antasten eines Messobjekts gegen den Messpunkt drückt (tangentiale oder Querkomponente der Messkraft).
[0069] In anderen Ausführungsbeispielen kann der Tastkopf 24 anstelle der magnetischen Kopplung und der somit erzeugten Messkraftkomponente ein weiteres mechanisches Federelement enthalten, beispielsweise in Form einer Spiralfeder. Darüber hinaus ist es denkbar, die Messkraft hier aktiv mithilfe einer Tauchspule, einem Piezoele- ment und/oder einem anderen elektrisch betätigten Aktor zu erzeugen.
[0070] Wie man in der Darstellung in Fig. 2 erkennen kann, liegt die Basis 70 des Tastelements hier oberhalb von dem Scharnier 60 und der dadurch definierten Schwenkachse 62, während die Tastspitzen 72 der Taststifte 66, 68 unterhalb des Scharniers 60 angeordnet sind. Mit anderen Worten liegen die Basis 70 und die Tastspitzen 72 auf unterschiedlichen Seiten einer Ebene 102, die orthogonal zu der Längsachse 50 liegt und die Schwenkachse 62 enthält. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das Tastelement so ausgebildet, dass sein Schwerpunkt 104 in der Ebene 102 zu liegen kommt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Tastkopfbasis 70 ein im Vergleich zu den Taststiften 66, 68 hohes Gewicht aufweist, was insbesondere durch Integration eines Haltemagneten in der Tastkopfbasis 70 erreicht werden kann. Der Haltemagnet (hier nicht dargestellt) dient vorteilhaft zum Befestigen der Basis 70 an dem dritten Tastkopfteil 44.
[0071] Des Weiteren ist das Scharnier 60 hier unterhalb der Platte 58 angeordnet, an der die Basis 70 des Tastelements befestigt wird. Die Platte 58 ist über einen Kipphebel 106 an dem Scharnier 60 befestigt, wobei der Kipphebel 106 die Platte 58 näher an das erste Tastkopfteil 34 heranbringt als das Scharnier 60. Diese vorteilhafte Realisierung hat zur Folge, dass der Tastkopf 24 das Tastelement 66, 68 lediglich entlang der Längsachse 50 austarieren muss, was mithilfe der Schubstange 74 sehr leicht möglich ist. Mit anderen Worten kann die Gewichtskraft des Tastelements, die auf das Federelement 82 einwirkt, durch eine einfache lineare Verstellung der Schubstange 74 ausgeglichen werden. Eine Tarierung in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse 50 ist aufgrund der günstigen Positionierung des Schwerpunktes 104 hier entbehrlich, selbst wenn der Tastkopf 24 mithilfe des Dreh-Schwenk-Gelenks 22 aus der in Fig. 2 dargestellten vertikalen Orientierung in eine horizontale Orientierung gebracht wird (Drehung um die Achse B). Prinzipiell könnte der Tastkopf 24 aber auch eine separate Tarierung quer zu der Längsachse 50 beinhalten.
[0072] Mithilfe des neuen Tastkopfes 24 kann das Koordinatenmessgerät 10 Messungen durchführen, die über eine Positionierung des Tastkopfes mithilfe der Drehachsen A, B des Dreh-Schwenk-Gelenks 22 hinaus weitere Dreh- oder Schwenkbewegungen erfordern. Vorteilhaft kann das Koordinatenmessgerät 10 daher mithilfe des Tastkopfes 24 beispielsweise Nuten in Bohrungen oder an Wellen sehr schnell vermessen. Auch für das Vermessen von schrägen Innenverzahnungen eignet sich die Kombination des neuen Tastkopfes 24 mit einem Dreh-Schwenk-Gelenk 22 sehr gut. Durch die sehr kompakte und leichtbauende Realisierung des Tastkopfes 24 kann dieser alternativ zu anderen Sensoren an dem Dreh-Schwenk-Gelenk 22 verwendet werden, so dass das Koordinatenmessgerät 10 verschiedene Sensoren an einer universellen Wechselschnittstelle verwenden kann.
[0073] Der mechanische Aufbau des neuen Tastkopfes 24 ist relativ einfach, und auch die Verkabelung des Tastkopfes 24 ist einfach, weil der Tastkopf 24 in den bevorzugten Ausführungsbeispielen mit einer passiven Messkrafterzeugung auskommt. Gleichwohl kann mithilfe der jeweils nachgiebigen Kopplungen zwischen dem ersten und dem zweiten Tastkopfteil und zwischen dem zweiten und dem dritten Tastkopfteil eine definierte Messkraft beim Antasten eines Messobjekts erzeugt werden. Die jeweilige Messkraft lässt sich sehr vorteilhaft durch Differenzbildung der von den Sensorelementen 54, 100 und 84, 86 gelieferten Sensorwerte bestimmen. Aufgrund des geringen Gewichts der bewegten Teile des Tastkopfes 24 können Dreh- und Schwenkbewegungen während einer Messung sehr schnell und trotzdem präzise durchgeführt werden. Zudem kann der Tastkopf 24 auch ohne weiteres über ein stabförmiges Verlängerungsstück (hier nicht dargestellt) an dem Dreh-Schwenk-Gelenk 22 befestigt werden, um insbesondere eine Messung in einer sehr tiefen Bohrung zu ermöglichen. Dies wird durch die kompakten Abmessungen und das geringe Gewicht des Tastkopfes 24 begünstigt.
[0074] Die Auswerte- und Steuereinheit besitzt in den bevorzugten Ausführungsbeispielen ein Auswert- und Steuermodul 108, das dazu ausgebildet ist, die beiden Aktoren des Tastkopfes 24 anzusteuern, um einen oder mehrere Taststifte 66, 68 auch während einer kontinuierlichen Messung in eine gewünschte Orientierung zu bringen. Da für jede der beiden Bewegungsachsen jeweils nur ein Drehwinkel mit Hilfe der Sensorelemente 54 und 86 bestimmt werden muss, um die jeweilige Auslenkung des Tastkopfes zu bestimmen, kann die Aufnahme der Messwerte sehr schnell erfolgen.

Claims

Patentansprüche
Tastkopf für ein Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von Messpunktkoordinaten an einem Werkstück (26), mit einem ersten Tastkopfteil (34), an dem eine erste Wechselschnittstelle (36) angeordnet ist, die zur Ankopplung des Tastkopfes (24) an das Koordinatenmessgerät (10) ausgebildet ist, mit einem zweiten Tastkopfteil (42), das mit dem ersten Tastkopfteil (34) gekoppelt ist und das relativ zu dem ersten Tastkopfteil (34) um eine erste Achse (50) drehbar ist, mit einem dritten Tastkopfteil (44), das mit dem zweiten Tastkopfteil (42) gekoppelt ist und das relativ zu dem zweiten Tastkopfteil (42) um eine zweite Achse (62) verschwenkbar ist, wobei die erste und die zweite Achse windschief zueinander liegen, und mit einem ersten Aktor (78), der dazu ausgebildet ist, das dritte Tastkopfteil (44) um die zweite Achse (62) zu verschwenken, gekennzeichnet durch eine Schubstange (74), die mit dem dritten Tastkopfteil (44) in einem seitlichen Abstand (D) zu der zweiten Achse (62) gekoppelt ist, wobei der erste Aktor (78) die Schubstange (74) in einer Längsrichtung (80) bewegt, um das dritte Tastkopfteil (44) relativ zu dem zweiten Tastkopfteil (42) zu verschwenken.
Tastkopf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtung (80) parallel zu der ersten Achse (50) verläuft, insbesondere entlang der ersten Achse (50).
Tastkopf nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Hohlwelle (46), über die das zweite Tastkopfteil (42) drehbar an dem ersten Tastkopfteil (34) angeordnet ist, wobei die Schubstange (74) in der Hohlwelle verläuft.
Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (74) eine Spindel beinhaltet, die von dem ersten Aktor (78) angetrieben wird.
5. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (74) über ein Federelement (82), insbesondere eine Schraubenfeder, mit dem dritten Tastkopfteil (44) gekoppelt ist.
6. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein erstes und ein zweites Sensorelement (84, 86), wobei das erste Sensorelement (84) einen ersten Sensorwert liefert, der für eine aktuelle Position der Schubstange (74) repräsentativ ist, und wobei das zweite Sensorelement (86) einen zweiten Sensorwert liefert, der für eine aktuelle Position des dritten Tastkopfteils (44) relativ zu dem zweiten Tastkopfteil (42) repräsentativ ist.
7. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein Antriebsrad (94) und einen zweiten Aktor (90), der dazu ausgebildet ist, das Antriebsrad (94) in eine Drehbewegung zu versetzen, wobei das Antriebsrad (94) fest mit dem ersten Tastkopfteil (34) und nachgiebig mit dem zweiten Tastkopfteil (42) gekoppelt ist, oder umgekehrt.
8. Tastkopf nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Magnetelement (96), über welches das Antriebsrad (94) nachgiebig mit dem zweiten oder ersten Tastkopfteil (42; 34) gekoppelt ist.
9. Tastkopf nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein drittes Sensorelement (100), das einen dritten Sensorwert liefert, und ein viertes Sensorelement (54), das einen vierten Sensorwert liefert, wobei der dritte Sensorwert für eine Drehposition des Antriebsrades (94) repräsentativ ist, und wobei der vierte Sensorwert für eine Drehposition des zweiten Tastkopfteils (42) relativ zum ersten Tastkopfteil (34) repräsentativ ist.
10. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Tastkopfteil (44) eine zweite Wechselschnittstelle (64) aufweist, die zur lösbaren Ankopplung eines Tastelements, insbesondere eines Taststiftes (66, 68), ausgebildet ist. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein Tastelement mit einer Basis (70), einer von der Basis entfernten Tastspitze (72) und einem Schwerpunkt (104), der zwischen der Basis (70) und der Tastspitze (72) liegt, wobei der Schwerpunkt (104) auf einer Strecke liegt, die einen minimalen Abstand zwischen der ersten und zweiten Achse (50, 62) repräsentiert.
Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , gekennzeichnet durch ein Tastelement, das zwei orthogonal zueinander verlaufende Taststifte (66, 68) besitzt, von denen einer mit Hilfe des dritten Tastkopfteils (44) parallel zu der ersten Achse (50) positionierbar ist.
Koordinatenmessgerät zum Bestimmen von Messpunktkoordinaten an einem Werkstück (26), mit einer Werkstückaufnahme (12) für das Werkstück (26), mit einem Haltegestell (14, 16, 18), an dem ein Tastkopf (24) befestigt ist, und mit einer Auswerte- und Steuereinheit (28), die dazu ausgebildet ist, den Tastkopf (24) mit Hilfe des Haltegestells in eine definierte Position relativ zu der Werkstückaufnahme (12) zu bringen und Messpunktkoordinaten an dem Werkstück (26) in Abhängigkeit von der definierten Position zu bestimmen, wobei der Tastkopf (24) über ein Dreh-Schwenk-Gelenk (22) mit zwei verschiedenen Drehachsen (A, B) an dem Haltegestell befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkopf (24) ein Tastkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
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