DE4345091A1

DE4345091A1 - Measurement scanning unit with multi-dimensional scanning system

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Publication number: DE4345091A1
Application number: DE19934345091
Authority: DE
Original assignee: PERTHEN FEINPRUEF GmbH
Current assignee: MAHR GMBH, 37073 GOETTINGEN, DE
Priority date: 1993-12-31
Filing date: 1993-12-31
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2014-01-01
Also published as: DE4345091C2

Abstract

A bearing system for the scanning arm (3) has three tilt axes, two (U,V) of which are arranged in a plane (23) pref. lying essentially at right angles to each other and intersecting at the main point of rotation (22) and the third tilt axis (W) and runs at a distance from the main point of rotation. Three measurement value converters(38-40) at least are provided, each of which is connected to the scanning arm (3) and the basic body (21), for determining the rotational movement components about the tilt axis, occurring with the deflection of the scanning tip. A translatory movement component occurring in certain cases, in a plane (23) contg. the tilt axes (U,V), also, are aligned to the right angular direction (W). They are arranged and located, so that with a deflection of the scanning tip, each measurement value converter is acted on solely unidimensional in its main operating direction. The measurement value signals produced by the converters (38-40) are processed to a three dimensional measurement value indicating the deflection of the scanning tip (15).

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßtaster mit mehrdimensionalem Tastsystem mit einem eine Tastspitze tragenden Tastarm, der an einem Basiskörper über reibungsarme spielfreie La germittel um einen Hauptdrehpunkt schwenkbar gelagert ist.The invention relates to a probe with multidimensional Touch probe with a probe arm carrying a probe tip, the on a base body via low-friction play-free La device is pivotally mounted about a main pivot point.

Längenmeßtaster, die als sogenannte Formmeßtaster zum Ab tasten und meßtechnischen Erfassen eines Prüflingprofiles oder zur Feststellung dessen Abweichungen von einem Soll profil Verwendung finden, arbeiten mit ein-, zwei- oder dreidimensional messenden Tastsystemen und sind in der Praxis in einer Reihe von Ausführungsformen bekannt. Bei spiele hierfür sind beschrieben in CNC-Koordinatenmeßtech nik Prof. Dr.-Ing. Wilfried J. Barz, Expert Verlag 1988, Seite 14 ff. und Seite 367. Bei dort erläuterten und dar gestellten Tasterbauarten mit messendem 3D-Tastsystem sind mehrere Einzeltastsysteme koaxial hintereinander geschal tet, die den einzelnen Koordinatenachsen zugeordnet sind und jeweils mit Federparallellogrammen zur Lagerung des Tastarmes versehen sind. Abgesehen von dem durch dieses Konstruktionsprinzip bedingten verhältnismäßig hohen kon struktiven Aufwand ergeben sich beträchtliche Massenträg heitsmomente bei der Tastarmauslenkung, während anderer seits der Tastarm koaxial zu einem übereinander angeordnet Einzeltastsysteme enthaltenden, im wesentlichen zylindri schen Gehäuse angeordnet ist, mit der Folge, daß der Ab stand zwischen der Tastarmachse und dem nächstliegenden Gehäuseaußenumriß im wesentlichen durch die Abmessungen der Einzeltastsysteme vorgegeben ist. Für die Antastung komplizierter Prüflinge ist es aber häufig erwünscht, mit der Tastarmachse möglichst nahe an die abzutastende Ober flächenkontur heranfahren zu können ohne durch Störkanten daran gehindert zu sein.Length probe, the so-called form probe for Ab feel and measure a test specimen profile or to determine its deviations from a target profile use, work with one, two or three-dimensional touch probes and are in the Practice known in a number of embodiments. At Games for this are described in CNC coordinate measuring technology nik Prof. Dr.-Ing. Wilfried J. Barz, Expert Verlag 1988, Page 14 ff. And Page 367. In there explained and illustrated probe types with a measuring 3D probe system several single touch probes coaxially formulated which are assigned to the individual coordinate axes and each with spring parallelograms for storing the Tactile arms are provided. Aside from that through this Construction principle related relatively high con structural effort results in considerable mass inertia moments during the scanning arm deflection, during others on the part of the probe arm arranged coaxially to one another Single touch systems containing, essentially cylindri rule housing is arranged, with the result that the Ab stood between the probe arm axis and the closest one The outline of the housing essentially by the dimensions the single touch probe is specified. For probing complicated test objects, it is often desirable to use the probe arm axis as close as possible to the upper to be scanned to be able to approach the surface contour without interfering edges to be prevented from doing so.

Grundsätzlich gleiches gilt auch für ein anderes in der erwähnten Literaturstelle beschriebenes messendes 3D-Tast system, von dem die Erfindung ausgeht und bei dem der Tastarm mittig an einer kreisrunden Membranfeder befestigt ist, die randseitig in ein zylindrisches Gehäuse einge spannt ist. Die Membranfeder ist mit bogenförmigen Schlit zen versehen, die so bemessen und angeordnet sind, daß die Membranfeder sowohl Schwenkbewegungen als auch eine axiale Translationsbewegung des Tastarmes erlaubt. Zur Erfassung der Auslenkungen des über die Membranfeder an dem Gehäuse in einem Hauptdrehpunkt schwenkbar gelagerten Tastarms sind drei Meßwertwandler in Gestalt induktiver Wegaufneh mer vorgesehen, von denen zwei radial zu der Tastarmachse ausgerichtet oberhalb der Membranfeder angeordnet und mit einer Verlängerung des Tastarms gekoppelt sind, während der dritte Wegaufnehmer unmittelbar auf der Verlängerung des Tastarms sitzt, um damit Bewegungen des Tastarms in der Tastarmachsrichtung zu erfassen. Die Biegungsverhält nisse einer solchen Membranfeder, bei der die Hauptbie gungslinien durch auf Torsion beanspruchte stehengebliebe ne Stege der an sich flachen Feder gebildet sind, sind kompliziert und nicht genau definiert. Außerdem sind die Meßwertwandler bei einer Auslenkung der Tastspitze auch quer zu ihrer Hauptbetriebsrichtung beaufschlagt, was zu mehrdeutigen Meßwertsignalen Anlaß gibt. Die mit diesem Taster zu erzielende Genauigkeit ist deshalb beschränkt.Basically the same applies to another in the measuring 3D probe described above system from which the invention is based and in which the Probe arm attached to a circular diaphragm spring in the middle is the edge of a cylindrical housing is tense. The diaphragm spring is with an arcuate slide zen provided, which are dimensioned and arranged so that the Diaphragm spring both swiveling and an axial Translational movement of the probe arm allowed. To capture the deflections of the diaphragm spring on the housing probe arm pivoted in a main pivot are three transducers in the form of inductive displacement mer provided, two of which are radial to the probe arm axis aligned above the diaphragm spring and with an extension of the probe arm are coupled while the third displacement sensor immediately on the extension of the probe arm sits in order to allow movements of the probe arm in the direction of the probe arm. The bend ratio nisse of such a diaphragm, in which the main bending lines through standing still under torsion ne webs of the flat spring are formed, are complicated and not exactly defined. Besides, they are Measurement transducers with a deflection of the probe tip too transversely to their main direction of operation, leading to gives ambiguous measured value signals. The one with this Accuracy to be reached is therefore limited.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Taster mit einem messenden mehrdimensionalen Tastsystem zu schaffen - das auch erforderlichenfalls als mehrdimensionales schaltendes Tastsystem eingesetzt werden kann - das sich bei geringem Aufwand durch hohe Genauigkeit in allen sinnvollen Be triebssituationen und Stellungen auszeichnet und eine vielfältige Anpassung an die jeweiligen Einsatzbedingungen und örtlichen Gegebenheiten der Meßaufgabe erlaubt.The object of the invention is now a button with a to create measuring multidimensional touch probes - that also if necessary as a multi-dimensional switching Touch probe can be used - that with little Effort due to high accuracy in all sensible Be distinguishes drive situations and positions and a diverse adaptation to the respective operating conditions and local conditions of the measurement task allowed.

Der erfindungsgemäße Meßtaster mit mehrdimensionalem Tast system hat einen eine Tastspitze tragenden Tastarm, der an einem Basiskörper über reibungsarme spielfreie Lagermittel um einen Hauptdrehpunkt schwenkbar gelagert ist; er ist mit Lagermitteln für den Tastarm versehen, die drei Kipp achsen aufweisen, von denen zwei in einer Ebene liegend rechtwinklig zueinander angeordnet sind und sich in dem Hauptdrehpunkt oder in dessen Nähe schneiden und die drit te Kippachse in einem Abstand von dem Hauptdrehpunkt ver läuft. Er ist mit wenigstens drei Meßwertwandlern ausgerü stet, von denen jeder für sich mit dem Tastarm und den Basiskörper kardanisch verbunden ist und die zur Erfassung der bei einer Auslenkung der Tastspitze auftretenden rota torischen Bewegungskomponenten um die Kippachsen und einer gegebenenfalls auftretenden translatorischen Bewegungskom ponente in einer zu der die Kippachsen enthaltenden Ebene rechtwinkligen Richtung eingerichtet sind. Die Meßwert wandler sind derart angeordnet, daß bei einer Auslenkung der Tastspitze jeder Meßwertwandler lediglich eindimensio nal in seiner Hauptbetriebsrichtung beaufschlagt ist. Zum Verarbeiten der von den Meßwertwandlern abgegebenen Meß wertsignale zu einem für die Auslenkung der Tastspitze kennzeichnenden Meßwert sind entsprechende Mittel vorhan den.The probe according to the invention with a multidimensional probe system has a probe arm that carries a probe tip a base body with low-friction, play-free bearing means is pivotally mounted about a main pivot; he is provided with storage devices for the probe arm, the three tilts have axes, two of which lie in one plane are arranged at right angles to each other and in the Cut or close to the main pivot and the third ver te tilt axis at a distance from the main pivot running. It is equipped with at least three transducers constant, each with the probe arm and the Base body is gimballed and the one for capturing the rota that occurs when the probe tip is deflected toric motion components around the tilt axes and one any translational movement comm component in a plane to the plane containing the tilt axes perpendicular direction are set up. The measured value transducers are arranged so that with a deflection the probe tip of each transducer is only one-dimensional nal is applied in its main operating direction. To the Processing the measurement given by the transducers value signals to one for the deflection of the probe tip the corresponding measured values are corresponding means available the.

Dadurch, daß der Tastarm an dem Basiskörper über Lagermit tel gelagert ist, die drei definierte Kippachsen aufweisen und daß alle Meßwertwandler fest mit dem Tastarm und dem Basiskörper verbunden sind, ergibt sich eine sehr hohe Genauigkeit des Tasters. Die Verbindung Tastspitze-Meß wertwandler bleibt in allen Betriebszuständen (z. B. Scan ning oder Zentralkraftbetrieb) und in allen räumlichen Lagen des Tasters unverändert, wobei alle drei Wandler fest auf demselben Basiskörper sitzen. Die bei einer Hin tereinanderschaltung von Meßwertwandlern auftretende Kumu lierung systematischer Meßabweichungen ist hier von vor neherein vermieden,. Die Kippachsen gewährleisten einwand frei definierte Bewegungsverhältnisse, wobei genau besehen die Tastspitze bei der seitlichen Auslenkung sich auf ei ner Kugelkalotte bewegt.The fact that the probe arm on the base body with bearing tel is stored, which have three defined tilt axes and that all transducers with the probe arm and Base body are connected, there is a very high Accuracy of the button. The connection probe tip measurement value converter remains in all operating states (e.g. scan ning or central power operation) and in all spatial Positions of the button unchanged, with all three transducers sit firmly on the same base body. The one at a Kumu occurring in connection of transducers Systematic measurement deviations are a thing of the past avoided anyway. The tilt axes ensure perfect freely defined movement conditions, taking a close look the probe tip during the lateral deflection is on egg a spherical cap moves.

Die drei Kippachsen sind in der Regel in einer gemeinsamen Ebene liegend angeordnet. Außerdem ist es von Vorteil, wenn die drei Meßwertwandler an den Ecken eines gedachten Dreiecks angeordnet sind, von dem zwei sich in dem Haupt drehpunkt oder in dessen Nähe schneidende Seiten jeweils einen im wesentlichen gleichen Winkel mit den beiden vom Hauptdrehpunkt ausgehenden Kippachsen einschließen oder mit diesen Kippachsen zusammenfallen. Optimal wäre es da bei, wenn das gedachte Dreieck ein rechtwinkliges Dreieck wäre, dessen beide Katheten parallel zu den beiden zuge ordneten Kippachsen verlaufen. Aus räumlichen und konstruktiven Gründen ist dies häufig nicht möglich; man kann dann die Anordnung auch so treffen, daß die beiden Seiten des gedachten Dreiecks einen beliebigen Winkel, bspw. von 60°, miteinander einschließen, wobei das Dreieck symmetrisch zu den beiden erwähnten Kippachsen liegt, wäh rend die dritte Seite des gedachten Dreiecks im wesentli chen parallel zu der dritten Kippachse verläuft.The three tilt axes are usually in one Arranged level. It is also an advantage if the three transducers at the corners of an imaginary Triangles are arranged, two of which are in the main fulcrum or cutting sides in the vicinity of each a substantially same angle with the two from Include main fulcrum outgoing tilt axes or coincide with these tilt axes. It would be optimal there at if the imaginary triangle is a right triangle would be whose two cathets are drawn parallel to the two arranged tilt axes. From spatial and This is often not possible for design reasons; one can then make the arrangement so that the two Sides of the imaginary triangle any angle, for example of 60 °, enclose with each other, the triangle is symmetrical to the two tilt axes mentioned, weh The third side of the imaginary triangle essentially Chen runs parallel to the third tilt axis.

In der praktischen Ausführung kann aber erforderlichen falls auch von dieser symmetrischen Anordnung des 60°-Sy stems abgewichen werden, wobei aus konstruktiven Gründen der Ursprung dieses Systems, d. h. die entsprechende Ecke des gedachten Dreiecks nicht genau mit dem Hauptdrehpunkt zusammenfällt. Alle diese Abweichungen der Anordnung der Verankerungspunkte der Meßwertwandler von einem 90°-System entsprechend dem gedachten rechtwinkligen Dreieck führen dazu, daß die den beiden sich in dem Hauptdrehpunkt schneidenden Kippachsen zugeordneten Meßwertwandler nicht genau die auf die jeweilige Kippachse bezogene rotatori sche Bewegungskomponente messen, so daß eine durch die geometrische Lage des Angriffspunktes des jeweiligen Meß wertlagers in Bezug auf die zugeordnete Kippachse bedingte dreidimensionale Transformation erforderlich ist. Die Transformationskoeffizienten können grundsätzlich errech net werden; in der Regel werden sie aber für jeden Taster aus Messungen ermittelt, wobei digital mit den genauen Ko effizienten gerechnet werden kann. Die Transformation selbst wird von den Signalverarbeitungsmitteln, an die die Meßwertwandler ausgangsseitig angeschlossenen sind, vor genommen.In practice, however, may be required if also from this symmetrical arrangement of the 60 ° -Sy stems are deviated, for design reasons the origin of this system, d. H. the corresponding corner of the imaginary triangle is not exactly with the main pivot coincides. All these deviations in the arrangement of the Anchoring points of the transducers from a 90 ° system lead according to the imaginary right triangle that the two are at the main pivot measuring transducers assigned to intersecting tilting axes exactly the rotatori related to the respective tilt axis measure cal motion component so that one by the geometric position of the point of attack of the respective measurement value bearing conditional with respect to the assigned tilt axis three-dimensional transformation is required. The In principle, transformation coefficients can be calculated be net; as a rule, however, they are used for each button determined from measurements, digitally with the exact Ko efficient can be expected. The transformation itself is from the signal processing means to which the Measurement transducers are connected on the output side taken.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Tastarm mit einer seitlich vor ragenden Tastarmtragplatte starr verbun den, die mittels der Lagermittel an dem Basiskörper gela gert ist, wobei die Meßwertwandler mit der Tastarmtrag platte an entsprechenden Verankerungspunkten jeweils über eine im wesentlichen kardanische Lagerung verbunden sind, die in der oben erläuterten Zuordnung zu den Kippachsen angeordnet sind. Um das Gewicht der Tastarmtragplatte und der darauf angeordneten Teile bezüglich der dritten Kipp achse auszugleichen, ist eine eigene Ausgleichseinrichtung vorgesehen. Diese Einrichtung weist einen an dem Basiskör per schwenkbar gelagerten doppelarmigen Hebel auf, dessen einer Hebelarm mit der Tastarmtragplatte gekoppelt ist und dessen anderer Hebelarm mit einem Ausgleichsgewicht ver sehen ist. Damit wird der Vorteil erreicht, daß der Ge wichtsausgleich für den Tastarm und die Tastarmtragplatte automatisch nur in der Betriebsstellung des Tasters wirk sam ist, in der er auch erforderlich ist. Arbeitet der Taster beispielsweise mit horizontaler Ausrichtung des Tastarms, so ist das Ausgleichsgewicht automatisch wirkungslos.In a preferred embodiment, the probe arm is included rigidly connected to a probe arm support plate protruding to the side the one that can be mounted on the base body by means of the bearing means gert is, the transducer with the probe arm plate at corresponding anchorage points are essentially gimbal-related, the assignment to the tilt axes explained in the above are arranged. To the weight of the probe arm support plate and the parts arranged thereon with respect to the third tilt Balancing the axis is a separate balancing device intended. This device has one on the base body by pivoting double-armed lever, whose a lever arm is coupled to the probe arm support plate and whose other lever arm ver with a counterweight see is. This has the advantage that the Ge weight compensation for the probe arm and the probe arm support plate only works automatically in the operating position of the button sam in which it is also required. Does the Push buttons, for example, with the horizontal orientation of the Probe arms, the balance weight is automatic ineffective.

Um mit dem Taster in Meßrichtung sehr nahe an dem Prüfling heranfahren zu können und mit dem Tastarm auch bei beeng ten oder winkligen Platzverhältnissen am Prüfling einwand frei messen zu können, ist es in der Regel von Vorteil, daß die Tastarmtragplatte zumindest bereichsweise mit dreieckförmigen Umriß ausgebildet ist und der Tastarm in der Nähe einer Ecke des Dreiecks abgehend angeordnet ist. Diese Ausbildung der Tastarmtragplatte bedingt zusammen mit anderen konstruktiven Gesichtspunkten aber in der Re gel, daß der Hauptdrehpunkt nicht mit dem Massenschwer punkt des die Tastarmtragplatte enthaltenden beweglichen Systems zusammenfällt. Um die durch diese "exzentrische" Anordnung bedingten Drehmomente bezüglich der beiden sich in dem Hauptdrehpunkt schneidenden Kippachsen (U, V) aus zugleichen, ist eine eigene Ausgleichseinrichtung vorgese hen. In einer zweckmäßigen Ausbildung weist diese Aus gleichseinrichtung einen an dem Basiskörper schwenkbar gelagerten doppelarmigen Hebel auf, dessen einer Hebelarm mit der Tastarmtragplatte gekoppelt und dessen anderer Hebelarm mit einem Ausgleichsgewicht versehen ist.To be very close to the test specimen with the probe in the measuring direction to be able to drive up and with the probe arm even in confined spaces or angular space on the test object To be able to measure freely, it is usually an advantage that the probe arm support plate with at least some areas triangular outline is formed and the probe arm in near the corner of the triangle. This formation of the probe arm support plate together with other constructive aspects but in the Re gel that the main fulcrum is not related to mass point of the movable arm containing the probe arm support plate Systems falls apart. To the "eccentric" Arrangement-related torques with respect to the two themselves in the main pivot intersecting tilting axes (U, V) to equalize, a separate compensation device is provided hen. In an appropriate training, this shows the same device is pivotable on the base body stored double-arm lever, one of which is a lever arm coupled with the probe arm support plate and its other Lever arm is provided with a counterweight.

Bei dem neuen Taster sind mit Vorteil Vorkehrungen zur Erzeugung einer Zentralkraft vorgesehen, die bestrebt ist, nach einem Auslenken der Tastspitze in einer beliebigen Raumrichtung diese und damit den Tastarm wieder in eine definierte Mittelstellung zurückzuführen. Dazu sind den Kippachsen erste und zweite Zentralkrafterzeugungsmittel zugeordnet, deren zweckmäßige konstruktive Ausbildung an hand des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels des neuen Tasters erläutert werden wird.With the new button, precautions are advantageous Generation of a central force is provided, which strives after deflecting the probe tip in any Spatial direction this and thus the probe arm again in one defined middle position. These are the Tilt axes first and second central force generating means assigned to their appropriate constructive training hand of the embodiment described below of the new button will be explained.

Diese Zentralkrafterzeugungsmittel sind insbesondere dann von Bedeutung, wenn der Meßtaster als 3D-Meßtaster für Punktantastung verwendet wird. Der Meßtaster arbeitet dann in der Regel wie ein schaltendes Meßsystem, wobei die Aus lösung der Schaltfunktion über die entsprechende durch die Auslenkung der Tastspitze bewirkte Verschwenkung der Tast armtragplatte um die jeweilige Kippachse erfolgt, die von den Meßwertwandlern aufgenommen und in Gestalt ent sprechender Informationen an die Signalverarbeitungsmittel weitergegeben wird. Der Meßtaster kann deshalb auch als ein 3D-messender-Punkttaster mit sechs Antastrichtungen eingesetzt werden.These central force generating means are especially then important if the probe as a 3D probe for Point probing is used. The probe then works usually like a switching measuring system, the off solution of the switching function via the corresponding by the Deflection of the probe tip caused pivoting of the probe arm support plate takes place about the respective tilt axis, which of the transducers added and ent in shape speaking information to the signal processing means is passed on. The probe can therefore also be used as a 3D measuring point probe with six probing directions be used.

Insbesondere bei der Verwendung des neuen Meßtasters als Formmeßtaster (Scanning) ist eine dem Tastarm zugeordnete Einrichtung zur Beschränkung seiner Schwenkbeweglichkeit im Hauptdrehpunkt auf eine eindimensionale Schwenkbewegung in einer Schwenkebene von Bedeutung. Die Schwenkebene ver läuft rechtwinklig zu der die beiden sich schneidenden Kippachsen enthaltenden Ebene. Um die Antastrichtung bei diesem Scanning-Betrieb entsprechend den Gegebenheiten des Prüflings einstellen zu können, enthält die Einrichtung Mittel, um die Schwenkebene um eine durch den Hauptdreh punkt verlaufende Achse zwischen den beiden sich in dem Hauptdrehpunkt schneidenden Kippachsen (U, V) zu verdrehen. Die konstruktiven Einzelheiten dieser Dreheinrichtung für die Schwenkebene werden ebenfalls anhand des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels des neuen Meßtasters erläutert. Sie ist Teil eines Kraftgenerators, der es er laubt, eine genau bestimmte definierte Meßkraft für die Auslenkung des Tastarms bei der Formmessung (Scanning) einzustellen. Die Bewegung der Tastspitze erfolgt bei die sem Betrieb bei geradem Tastarm in der durch den Haupt drehpunkt gehenden Schwenkebene; ist der Tastarm bei spielsweise gekröpft, so bewegt sich die Tastspitze in einer zu dieser Schwenkebene parallelen Ebene.Especially when using the new probe as Shape probe (scanning) is one assigned to the probe arm Device for limiting its swiveling mobility in the main pivot on a one-dimensional swivel movement important in a swivel plane. The swivel plane ver runs at right angles to the two intersecting Plane containing tilting axes. To the probing direction at this scanning operation according to the circumstances of the The facility contains the ability to hire test items Means to turn the pan by one by the main rotation point extending axis between the two in the Main pivot point intersecting tilt axes (U, V). The design details of this rotating device for the swivel plane are also based on the following described embodiment of the new probe explained. It is part of a power generator that he leaves a precisely defined measuring force for the Deflection of the probe arm during shape measurement (scanning) adjust. The movement of the probe tip takes place at the operation with a straight probe arm in the through the main pivoting pivot plane; the probe arm is at for example cranked, the probe tip moves in a plane parallel to this swivel plane.

Die Meßkrafterzeugungseinrichtung enthält mit Vorteil ein Tauchspulsystem, das an einem Verlängerungselement des Tastarmes auf der der Tastspitze abgewandten Seite des Hauptdrehpunktes angreifend ausgebildet ist und das eine sehr feinfühlige Einstellung der Meßkraft erlaubt. Es kann für die Punktantastung durch eine Sperrvorrichtung arre tiert werden, die zweckmäßigerweise in der Verlängerung des Tauchspulsystems angeordnet ist, wie dies im Detail ebenfalls noch erläutert werden wird. The measuring force generating device advantageously contains one Plunger coil system, which is attached to an extension element of the Probe arm on the side of the probe facing away from the probe tip Main pivot point is designed to attack and one very sensitive adjustment of the measuring force allowed. It can for point detection by a locking device arre be tiert, the expediently in the extension the moving coil system is arranged, as in detail will also be explained.

Der neue Meßtaster kann in jeder räumlichen Betriebslage zur 3D-Punktantastung mit Zentralkraft, zur Punktantastung in der Schwenkebene mit eingestellter Meßkraft (Tauchspu lenstrom) und zum mehrdimensionalen Scannen eingesetzt werden. The new probe can be used in any spatial situation for 3D point probing with central force, for point probing in the swivel plane with the set measuring force (immersion lenstrom) and used for multi-dimensional scanning become.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegen standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing is an embodiment of the counter state of the invention. Show it:

Fig. 1 eine Formmeßmaschine mit einem Meßtaster gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung, Fig. 1 is a Formmeßmaschine with a probe according to the invention in perspective view;

Fig. 2 den Meßtaster nach Fig. 1 im axialen Schnitt in einer Seitenansicht mit weggelassenem Meßkraft generator, Fig. 2 generator the probe of FIG. 1 in axial section in a side view with omitted measuring force,

Fig. 3 eine vereinfachte Ausführung des Meßtasters nach Fig. 1 zur Veranschaulichung des Funktionsprin zips in einer Schnittdarstellung entsprechend Fig. 2, Fig. 3 is a simplified embodiment of the probe of FIG. 1 illustrating the OPERATINGPRINCIPLE zips in a sectional view corresponding to FIG. 2,

Fig. 4 die Anordnung nach Fig. 3 in einer Draufsicht und im Ausschnitt, Fig. 4 shows the arrangement according to Fig. 3 in a plan view and in section, of

Fig. 5 die Tastarmtragplatte mit aufgesetztem Meßkraft generator des Meßtasters nach Fig. 2 in einer perspektivischen Teildarstellung in einem ande ren Maßstab und teilweise aufgeschnitten und Fig. 5 shows the probe arm support plate with the measuring force generator of the probe according to FIG. 2 in a partial perspective view on another scale and partially cut open and

Fig. 6 den Meßkraftgenerator des Meßtasters nach Fig. 2 im axialen Schnitt und in einer Seitenansicht sowie in einem anderen Maßstab. Fig. 6 shows the measuring force generator of the probe according to Fig. 2 in axial section and in a side view and on a different scale.

Der in Fig. 1 an einer Formmeßmaschine 1 als Meßkopf 2 eingesetzte Längenmeßtaster weist einen Tastarm 3 auf, der es erlaubt, an einem bei 4 angedeuteten auf einem Dreh tisch 5 gespannten Werkstück Formmessungen (Scanning) vor zunehmen oder eine Punktantastung durchzuführen. Die ent sprechende Bewegung des Tastkopfes 2 erfolgt über die Formmeßmaschine 1, die drei Schlitten aufweist, von denen ein erster Schlitten 6 in der Y-Richtung, ein zweiter Schlitten 7 in der Z-Richtung und ein dritter Schlitten 8 in der R-Richtung verfahrbar ist. Der Tastkopf 2 sitzt an einem Ausleger 9 des dritten Schlittens 8, an dem er um eine bei 10 angedeute schräge Achse schwenkbar gelagert ist. Die Anordnung ist derart getroffen, daß der Tastkopf 2 um die Drehachse 10 in drei verschiedene Betriebsstel lungen - und die dazwischenliegenden Zwischenstellungen - geschwenkt werden kann, in denen der Tastarm, wie darge stellt vertikal oder horizontal mit wahlweise einer von zwei rechtwinklig zueinander orientierten Antastrichtungen betrieben wird, so daß an dem Werkstück 4 alle innen und außen erforderlichen Formmessungen mit dem gleichen Tast kopf 2 vorgenommen werden können.The length measuring probe used in FIG. 1 on a form measuring machine 1 as measuring head 2 has a probe arm 3 which allows shape measurements (scanning) to be carried out on a workpiece 5 indicated at 4 on a rotary table 5 or to carry out a point probing. The ent speaking movement of the probe 2 takes place via the form measuring machine 1 , which has three carriages, of which a first carriage 6 in the Y direction, a second carriage 7 in the Z direction and a third carriage 8 in the R direction is. The probe 2 is seated on a cantilever 9 of the third carriage 8 , on which it is pivotally mounted about an inclined axis indicated at 10 . The arrangement is such that the probe 2 about the axis of rotation 10 in three different operating positions - and the intermediate positions - can be pivoted, in which the probe arm, as Darge provides vertically or horizontally with either one of two perpendicular scanning directions operated is so that on the workpiece 4 all inside and outside required shape measurements can be made with the same probe head 2 .

Der Tastkopf 2 selbst hat, wie aus Fig. 1 ersichtlich, eine charakteristische, im wesentlichen balkenförmige Ge stalt mit parallelen Seitenflächen 11 und einer rechtwink lig dazu verlaufenden Bodenfläche 12, an die sich auf der Rückseite eine schräge, mit der Bodenfläche 12 einen spit zen Winkel einschließende hintere Stirnfläche 13 an schließt, an der die Befestigung an einem die Drehachse 10 enthaltenden Lagermechanismus erfolgt. Die gegenüberlie gende Stirnseite ist bei 14 im Querschnitt im wesentlichen dreieckförmig gestaltet, wobei der Tastarm 3 in der Nähe der vorderen mittigen vertikalen Stirnkante parallel zu dieser ausgerichtet angeordnet ist. Der Tastarm 3 ist des halb in der Draufsicht gesehen praktisch an der Spitze eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet, mit der Folge, daß in der Nähe des Tastarmes 3 kaum Störkanten vorhanden sind. Der Tastarm 3 kann deshalb sehr nahe an den jeweili gen Prüfling heran bewegt werden, was einen wesentlichen Vorteil dieser Gestaltung des Meßkopfes 2 darstellt.The probe 2 itself, as can be seen in FIG. 1, has a characteristic, essentially beam-shaped shape with parallel side faces 11 and a right-angled bottom surface 12 to which an oblique face with the bottom surface 12 has a sharp zen Angle-enclosing rear end face 13 closes, on which the attachment to a bearing mechanism containing the axis of rotation 10 takes place. The opposite end face is essentially triangular in cross section at 14 , the probe arm 3 being arranged parallel to the central front vertical end edge in the vicinity thereof. The probe arm 3 is arranged practically at the top of an equilateral triangle, as seen in the top view, with the result that there are hardly any interference edges in the vicinity of the probe arm 3 . The probe arm 3 can therefore be moved very close to the specimen under test, which is a major advantage of this design of the measuring head 2 .

Der in dem Meßkopf 2 enthaltene Meßtaster ist in seinen wesentlichen Einzelheiten in den Fig. 2 und 5, 6 veran schaulicht. Bevor auf diese Figur im einzelnen eingegangen wird, sollen sein grundsätzlicher Aufbau und das verwende te Meßprinzip anhand der Prinzipdarstellung nach den Fig. 3 und 4 erklärt werden:
Der stiftartige Tastarm 3, der endseitig als Tastspitze 15 eine Kugel trägt, ist starr mit einer rechtwinklig zu sei ner Achse 16 ausgerichteten Tastarmtragplatte 17 verbun den, die an ihrer vorderen Stirnseite bei 18 entsprechend dem Umriß des Tastkopfes 2 dreieckförmig gestaltet ist. Die Tastarmachse 16 liegt in der Längssymmetrieebene 19 (Fig. 4) der Tastarmtragplatte 17 in geringem Abstand von der der Stirnkante 14 des Tastkopfes 2 entsprechenden Ecke 20 des dreieckförmigen Bereiches 18. Die Tastarmtragplatte 17 ist über Lagermittel an einem Basiskörper 21 derart gelagert, daß der Tastarm 3 um einen auf seiner Achse 16 liegenden Hauptdrehpunkt 22 allseitig schwenkbar gelagert ist. Der Hauptdrehpunkt 22 liegt, wie aus Fig. 3 zu erse hen, etwas oberhalb der Tastarmtragplatte 17. In ihm schneiden sich zwei in einer gemeinsamen horizontalen Ebe ne 23 (Fig. 3) liegende Kippachsen U, V, die in den Lager mitteln ausgebildet sind und die, wie aus Fig. 4 zu ent nehmen, einen rechten Winkel miteinander einschließen. Die Kippachsen U, V sind bei der in den Fig. 3, 4 veranschau lichten vereinfachten Ausführungsform durch Lagermittel realisiert, die zwei Scharniergelenke aufweisen, von denen eines mit Lagerböcken 24 und einem Scharnierstift 25 an der Tastarmtragplatte 17 sowie an einem flachen dreieck förmigen Zwischenteil 26 befestigt ist, während durch das andere Scharniergelenk über Lagerböcke 27 und einen Schar nierstift 28 das Zwischenteil 26 an einem Haupt- oder Aus gleichshebel 29 angelenkt ist, der um eine dritte Kippach se W schwenkbar über einen Lagerstift 30 in zwei Lagertei len 31 des Basiskörpers 21 gelagert ist. Die dritte Kipp achse W verläuft rechtwinklig zu der die Tasterarmachse 16 enthaltenen Symmetrieebene 19 (Fig. 4); sie liegt in der die beiden anderen Kippachsen U, V enthaltenden Ebene 23 (Fig. 3).The measuring probe contained in the measuring head 2 is illustrated in its essential details in FIGS . 2 and 5, 6. Before going into this figure in detail, its basic structure and the measuring principle used are to be explained on the basis of the schematic diagram according to FIGS . 3 and 4:
The pin-like probe arm 3 , which carries a ball at the end as a probe tip 15 , is rigidly connected to a probe arm support plate 17 aligned at right angles to its axis 16 , which is triangular in shape on its front end face at 18 in accordance with the outline of the probe head 2 . The probe arm axis 16 lies in the longitudinal plane of symmetry 19 ( FIG. 4) of the probe arm support plate 17 at a short distance from the corner 20 of the triangular region 18 corresponding to the front edge 14 of the probe head 2 . The probe arm support plate 17 is mounted on a base body 21 via bearing means such that the probe arm 3 is pivotally mounted on all sides about a main pivot point 22 lying on its axis 16 . The main fulcrum 22 is, as seen from FIG. 3 hen, slightly above the probe arm support plate 17th In it intersect two in a common horizontal plane 23 ( Fig. 3) lying tilt axes U, V, which are formed in the bearing means and which, as can be seen in Fig. 4 ent, enclose a right angle with each other. The tilting axes U, V are realized in the simplified embodiment illustrated in FIGS. 3, 4 by bearing means which have two hinge joints, one of which has bearing blocks 24 and a hinge pin 25 on the probe arm support plate 17 and on a flat triangular intermediate part 26 is attached, while by means of the other hinge joint via bearing blocks 27 and a hinge nierstift 28, the intermediate part 26 is articulated on a main or equalizing lever 29 , which can be pivoted about a third Kippach se W via a bearing pin 30 in two bearing parts 31 of the base body 21 is stored. The third tilt axis W extends at right angles to the plane of symmetry 19 contained in the sensor arm axis 16 ( FIG. 4); it lies in the plane 23 containing the other two tilting axes U, V ( FIG. 3).

Bei einer seitlichen Verschwenkung der Tastspitze 15 führt die Tastarmtragplatte 17 eine rotatorische Bewegung um die Kippachse U oder die Kippachse V oder um beide Kippachsen aus, die für Größe und Richtung der seitlichen Auslenkung der Tastspitze 15 kennzeichnend ist. Eine Schwenkbewegung um die dritte Kippachse W entspricht einer Auslenkung der Tastspitze 15 in der mit der Tastarmachse 16 zusammenfal lenden W-Richtung, wobei sich die Tastarmspitze 15 an sich auf einem Kreisbogen um die Kippachse W bewegt. Für die translatorische Bewegung der Tastspitze 15 in der W-Rich tung wirken die drei Kippachsen U, V, W mit einer noch zu beschreibenden Kugelführung für den Tastarm 3 nach Art eines Parallellogrammsystems zusammen.When the probe tip 15 is pivoted laterally, the probe arm support plate 17 performs a rotational movement about the tilt axis U or the tilt axis V or about both tilt axes, which is characteristic of the size and direction of the lateral deflection of the probe tip 15 . A pivoting movement about the third tilt axis W corresponds to a deflection of the probe tip 15 in the W direction coinciding with the probe arm axis 16 , the probe arm tip 15 itself moving on an arc around the tilt axis W. For the translational movement of the probe tip 15 in the W-Rich direction, the three tilt axes U, V, W interact with a ball guide for the probe arm 3 to be described in the manner of a parallelogram system.

Um das Gewicht der Tastarmtragplatte 17, des Tastarms 3 und der anderen auf der Tastarmplatte 17 angeordneten Tei le auszugleichen, ist auf den von der Tastarmtragplatte 17 abgewandten Hebelarm des doppelarmigen Ausgleichshebels 29 ein Ausgleichsgewicht 32 aufgesetzt. Die dadurch bewirkte Gewichtsbelastung hat den Vorteil, daß sie lediglich dann wirksam ist, wenn der Tastarm 3 in der in Fig. 3 darge stellten vertikalen Richtung arbeitet. Arbeitet der Tast arm 3 in horizontaler Richtung, so ist kein Gewichtsaus gleich erforderlich; das an dem Ausgleichshebel 29 ange ordnete Ausgleichsgewicht 32 ist automatisch unwirksam, so daß insoweit keine weiteren Maßnahmen erforderlich sind.To compensate for the weight of the Tastarmtragplatte 17, the sensing arm 3 and the other arranged on the Tastarmplatte 17 Tei le is placed on the side remote from the lever arm 17 of the double-Tastarmtragplatte balance lever 29, a balance weight 32nd The resulting weight load has the advantage that it is only effective when the probe arm 3 works in the vertical direction shown in Fig. 3 Darge. If the probe arm 3 works in the horizontal direction, no weight compensation is required; that is arranged on the balance lever 29 balance weight 32 is automatically ineffective, so that no further measures are required.

Da der Hauptdrehpunkt 22 aus konstruktiven Gründen in be trächtlichem Abstand von dem Massenschwerpunkt der Tast armtragplatte 17 und der darauf sitzenden Teile liegt, er gibt sich ein Kippmoment bezüglich der Kippachsen U, V. Um dieses Kippmoment auszugleichen, ist eine zweite Aus gleichseinrichtung vorgesehen, die einen oberhalb des Aus gleichshebels 29 auf der Oberseite des Grundkörpers 21 bei 34 schwenkbar gelagerten doppelarmigen Hebel 35 aufweist, der einenends über einen Zuganker 36 mit der Tastarmtrag platte 17 an einer geeigneten Stelle kardanisch gekoppelt ist und anderenends ein Ausgleichsgewicht 37 trägt, das so bemessen ist, daß die Tastarmtragplatte im Ruhezustand immer in der in Fig. 3 dargestellten Ausrichtung verbleibt.Since the main pivot point 22 is for structural reasons at a considerable distance from the center of gravity of the touch arm support plate 17 and the parts sitting on it, there is a tilting moment with respect to the tilting axes U, V. To compensate for this tilting moment, a second compensation device is provided which one above the equalization lever 29 on the top of the base body 21 at 34 pivotally mounted double-armed lever 35 , which is gimbally coupled at one end via a tie rod 36 to the probe arm support plate 17 at a suitable point and at the other end carries a counterweight 37 which is dimensioned in this way that the probe arm support plate always remains in the orientation shown in Fig. 3 in the idle state.

Die für die Auslenkung der Tastspitze 15 kennzeichnenden rotatorischen Bewegungen der Tastarmtragplatte 17 um die beiden Kippachsen U, V werden ebenso wie die Schwenkbewe gungen um die dritte Kippachse W von drei in Gestalt in duktiver Weggeber ausgebildeten Meßwertwandlern 38, 39, 40 erfaßt, die für Größe und Richtung dieser Bewegungskompo nenten kennzeichnende Meßwertsignale an eine bei 100 (Fig. 2) dargestellte Meßwertverarbeitungseinheit liefern, die aus dieser Information in der Regel digital die Auslenkung der Tastspitze 15 in drei kartesischen Koordinatenrichtun gen errechnet.The characteristic of the deflection of the probe tip 15 rotary movements of the probe arm support plate 17 about the two tilt axes U, V, as well as the pivotal movements around the third tilt axis W, are detected by three transducers 38 , 39 , 40 designed in the form of a ductive displacement sensor, which are for size and direction of these movement components identifying measured value signals to a measured value processing unit shown at 100 ( FIG. 2), which generally calculates the deflection of the probe tip 15 in three Cartesian coordinate directions from this information.

Idealerweise wären die durch kardanische Drahtgelenke 39a gebildeten Verankerungspunkte der drei Meßwertwandler 38, 39, 40 in den Ecken eines rechtwinkligen Dreiecks anzuord nen, dessen Katheten parallel zu den beiden Kippachsen U, V ausgerichtet sind und dessen Scheitel in dem Hauptdreh punkt 22 liegt. Unter der Voraussetzung reibungs- und spiel freier idealer Gelenke genügen zur Erfassung der Schwenkbewegung um die beiden Kippachsen U, V an sich zwei Meßwertwandler 38, 39. In der Praxis läßt sich aber nicht vermeiden, daß der Hauptdrehpunkt 22 bei einer seitlichen Auslenkung der Tastspitze 15 auch eine geringe Bewegung in der W-Richtung ausführt, die von dem dritten Meßwertwand ler 40 erfaßt wird, der gleichzeitig auch die Schwenkbewe gung um die Kippachse W mißt.Ideally, the anchoring points formed by cardanic wire joints 39 a of the three transducers 38 , 39 , 40 would be arranged in the corners of a right-angled triangle, the cathets of which are aligned parallel to the two tilting axes U, V and the apex of which lies in the main pivot point 22 . Assuming ideal joints that are free of friction and play, two transducers 38 , 39 per se are sufficient to detect the pivoting movement about the two tilting axes U, V. In practice, it can not be avoided that the main pivot point 22 with a lateral deflection of the probe tip 15 also performs a slight movement in the W direction, which is detected by the third measurement wall 40 , which at the same time also the pivoting movement about the tilt axis W measures.

Jeder der induktiven Meßwertwandler 38, 39, 40 hat eine Hauptbetriebsrichtung, die mit der Längsachse seines Tauchankers 80 (Fig. 3) zusammenfällt. Der Tauchanker 80 ist in einem die Wandler- oder Meßspule enthaltenden Ge häuse 90 längsverschieblich gelagert, wie dies an sich bekannt ist. Der Tauchanker 80 und das Gehäuse 90 jedes Meßwertwandlers 38, 39, 40 sind jeweils über kardanisch wirkende Drahtgelenke, wie bei 39a (Fig. 2) angedeutet, an dem Basiskörper 21 längsbeweglich über Blattfederführungen bzw. an der Tastarmtragplatte 17 kardanisch verankert wie dies aus Fig. 2 zu ersehen ist. Each of the inductive transducers 38 , 39 , 40 has a main operating direction, which coincides with the longitudinal axis of its plunger armature 80 ( FIG. 3). The plunger armature 80 is mounted in a housing 90 which contains the transducer or measuring coil so that it can move longitudinally, as is known per se. The plunger armature 80 and the housing 90 of each transducer 38 , 39 , 40 are each gimbal-anchored via gimbal-acting wire joints, as indicated at 39 a ( FIG. 2), on the base body 21 by means of leaf spring guides or on the probe arm support plate 17 Fig. 2 can be seen.

Aus räumlichen Gründen sind die beiden den Kippachsen U, V zugeordneten Meßwertwandler 38, 39 in den Ecken eines in Fig. 4 Strichpunktiert eingetragenen, gedachten gleichsei tigen Dreiecks angeordnet, dessen dritten Ecke mit dem Hauptdrehpunkt 22 zusammenfällt und das symmetrisch zu den beiden Kippachsen U, Y angeordnet ist, wobei die dritte Kippachse W parallel zu der benachbarten Seite dieses ge dachten Dreiecks verläuft, dessen andere beiden Seiten mit den Kippachsen U, V jeweils einen Winkel von 15° ein schließen.For spatial reasons, the two transducers 38 , 39 assigned to the tilt axes U, V are arranged in the corners of an imaginary equilateral triangle entered in dash-dotted lines in FIG. 4, the third corner of which coincides with the main pivot point 22 and which is symmetrical to the two tilt axes U, V Y is arranged, wherein the third tilt axis W runs parallel to the adjacent side of this triangle ge, the other two sides with the tilt axes U, V each form an angle of 15 °.

Ebenfalls aus räumlichen Gründen kann auch der dritte Meß wertwandler 40 nicht an dem Hauptdrehpunkt 22 angreifend angeordnet werden. Er ist, wie aus Fig. 4 zu entnehmen, etwas seitlich versetzt.Also for spatial reasons, the third transducer 40 cannot be arranged to attack the main pivot point 22 . As can be seen from FIG. 4, it is offset somewhat to the side.

Die durch die Anordnung der Angriffsstellen der Meßwert wandler 38, 39, 40 an der Tastarmtragplatte 17 bedingten speziellen 3-dimensionalen Transformationen der ermittel ten Meßwerte werden in der Signalverarbeitungseinheit 100 besorgt. Die entsprechenden Koeffizienten können aus der gegebenen geometrischen Zuordnung der Kippachsen U, V, W und der Meßwertwandler 38, 39, 40 errechnet oder durch entsprechenden Versuch gemessen werden.The special 3-dimensional transformations of the determined measured values caused by the arrangement of the points of attack of the measured value transducers 38 , 39 , 40 on the probe arm support plate 17 are carried out in the signal processing unit 100 . The corresponding coefficients can be calculated from the given geometric assignment of the tilt axes U, V, W and the transducers 38 , 39 , 40 or measured by a corresponding experiment.

Die Meßwertwandler 38, 39, 40 sind, wie bereits erwähnt, über die Tastarmtragplatte 17 einerseits kardanisch mit dem Tastarm 3 verbunden und andererseits unmittelbar je weils getrennt für sich an dem Basiskörper 21 über die Blattfederführungen verankert. Damit ist für jeden Meß wertwandler ein "direkter Pfad" zwischen dem Tastarm 3 und dem Basiskörper 21 gegeben, der von den anderen Meßwert wandlern unabhängig ist. Diese Anordnung gewährleistet eine sehr gute Meßgenauigkeit des Meßtasters.The transducers 38 , 39 , 40 are, as already mentioned, gimbal-connected on the one hand to the sensing arm 3 via the sensing arm support plate 17 and, on the other hand, each directly anchored separately on the base body 21 via the leaf spring guides. Thus, a "direct path" between the probe arm 3 and the base body 21 is given for each transducer, which transducer is independent of the other measured value. This arrangement ensures a very good measuring accuracy of the probe.

Auf den mit der Tastarmtragplatte 17 gekoppelten Aus gleichshebel 29 wirkt außerdem eine erste Einrichtung zur Erzeugung einer sogenannten Zentralkraft ein. Darunter ist eine Kraft verstanden, die bestrebt ist, den Tastarm 3 bei einer Bewegung in der W-Richtung, d. h. bei einer Ver schwenkung um die W-Kippachse wieder in die Mittenstellung zurückzuführen, die in Fig. 3 veranschaulicht ist. Diese Ausgleichseinrichtung weist einen Zentralkrafthebel 41 auf, der unterhalb des Ausgleichshebels 29 achsparallel zu diesem ausgerichtet angeordnet ist. Der Zentralkrafthebel 41 ist an seinem von der Kippachse W entfernt liegenden Ende bei 42 an dem Basiskörper 21 um eine zu der Kippachse W parallele Schwenkachse angelenkt. Er ist gegen den in Fig. 3 rechts von der Kippachse W liegenden Hebelarm des Ausgleichhebel 29 über zwei in Hebellängsrichtung beab standete Abstützstellen abgestützt, die mit 43 und 43a be zeichnet und durch Schneiden, Stifte oder dergleichen ge bildet sind. Zwischen den beiden Abstützstellen 43, 43a greift an den Zentralkrafthebel 41 eine Zugfeder 44 an, die über eine Federhülse 45 gegen den Ausgleichshebel 29 abgestützt ist, derart, daß der Zentralkrafthebel 41 fede relastisch gegen den Ausgleichshebel 29 vorgespannt ist.On the coupled with the probe arm support plate 17 from lever 29 also acts a first device for generating a so-called central force. By this is meant a force that tends to return the stylus arm 3 at a movement in the W-direction, ie pivoting at a Ver the W-tilt axis back to the center position, which is illustrated in Fig. 3. This compensating device has a central power lever 41 , which is arranged below the compensating lever 29, axially parallel to it. The central power lever 41 is articulated at its end remote from the tilt axis W at 42 on the base body 21 about a pivot axis parallel to the tilt axis W. It is supported against the lever arm of the compensating lever 29 lying to the right of the tilt axis W in FIG. 3 via two spaced support points in the longitudinal direction of the lever, which are marked with 43 and 43 a and are formed by cutting, pins or the like. Between the two support points 43 , 43 a acts on the central force lever 41, a tension spring 44 which is supported via a spring sleeve 45 against the compensating lever 29 , such that the central force lever 41 is resiliently biased against the compensating lever 29 .

Bei in der Mittenstellung nach Fig. 3 stehenden Tastarm 3 ist der Zentralkrafthebel 41 parallel zu dem Ausgleichs hebel 29 ausgerichtet; er ist gegen diesen an beiden Ab stützstellen 43, 43a abgestützt. . In the middle position shown in FIG 3 stationary probe arm 3 of the main power lever 41 is aligned parallel to the balance lever 29; it is supported against this at both support points 43 , 43 a.

Wird nun die Tastspitze 15 des Tastarmes 3 in der W-Rich tung nach oben oder unten bewegt, so wird der Ausgleichs hebel 29 um die W-Kippachse verschwenkt, mit der Folge, daß abhängig von der Bewegungsrichtung des Tastarmes 3 (nach oben oder nach unten) die eine oder die andere Ab stützstelle 43, 43a freigegeben wird, d. h. der Ausgleichs hebel 29 und der Zentralkrafthebel 41 schließen einen kleinen Winkel miteinander ein und stehen lediglich über eine einzige Abstützstelle 43 oder 43a miteinander in Ein griff. Sowie die Tastspitze 15 wieder freigegeben wird, werden der Ausgleichshebel 29 und der Zentralkrafthebel 41 von der Zugfeder 44 wieder in die in Fig. 3 dargestellte parallele Stellung zurückgeführt, in der beide Abstütz stellen 43, 43a wirksam sind und der Tastarm 3 in der ver tikalen Mittenstellung steht. Die Größe der auf diese Wei se erzeugten Zentralkraft kann durch entsprechende Ein stellung der Zugfeder 44 einjustiert werden.If the probe tip 15 of the probe arm 3 is moved up or down in the W direction, the compensating lever 29 is pivoted about the W tilt axis, with the result that, depending on the direction of movement of the probe arm 3 (up or down below) one or the other support point 43 , 43 a is released, ie the compensating lever 29 and the central power lever 41 enclose a small angle with each other and are only in a single support point 43 or 43 a with one another. As soon as the probe tip 15 is released again, the compensating lever 29 and the central power lever 41 are returned by the tension spring 44 back to the parallel position shown in FIG. 3, in which both supports 43 , 43 a are effective and the probe arm 3 in the ver tical center position. The size of the central force generated in this way can be adjusted by a corresponding setting of the tension spring 44 .

Der im Vorstehenden anhand der Fig. 3, 4 erläuterte Grund aufbau des Meßtasters findet sich in der in Fig. 2 veran schaulichten Längsschnittsdarstellung durch den Meßkopf 2 in einer praktischen Ausgestaltung wieder. Gleiche Teile sind deshalb mit gleichen Bezugszeichen versehen und im einzelnen nicht nochmals erläutert.The basic structure of the probe explained in the foregoing with reference to FIGS . 3, 4 can be found in the illustrated in FIG. 2 longitudinal section through the measuring head 2 in a practical embodiment. The same parts are therefore provided with the same reference numerals and are not explained again in detail.

Bei dieser praktischen Ausführungsform sind die Kippachsen U, V, W jeweils durch gerade Biegelinien von kräftigen Blattfedern verwirklicht, die den Vorteil haben, daß sie eine Spielfreie reibungsarme Schwenklagerung bewirken. Die beiden Kippachsen U, V sind dabei an einer gemeinsamen dreieckförmigen Blattfeder 260 ausgebildet, die die Stelle des Zwischenteils 26 der Fig. 4 einnimmt und die bei 240 an der Tastarmtragplatte 17 sowie im Bereiche der der Kippachse U zugeordneten Seite an dem Ausgleichshebel 29 befestigt ist. Die dritte Kippachse W und die Schwenkachse der Schwenklagerung des Zentralkrafthebels 41 bei 42 sind durch Blattfedern 46 bzw. 420 gebildet. Die drei Meßwert wandler 38, 39, 40 sind über federnde Haltearme 47, 47a, 48 und einen Bock 49 mit dem Basiskörper 21 derart verbun den, daß sie nur in ihrer Hauptbetriebsrichtung, d. h. in der Achsrichtung ihres Tauchankers beaufschlagt sind und keine Auslenkung des Tauchankers quer zu der Meßspule, d. h. quer zu der Hauptbetriebsrichtung erfolgt. Die Halte arme 47, 47a, 48 bilden die bereits erwähnten Blattfeder führungen. Der Basiskörper 21 ist im übrigen an seiner Vorderseite oberhalb der Tastarmplatte 17 ebenfalls in der Draufsicht dreieckförmig gestaltet; er ist mit der Tast armtragplatte 17 durch eine seiner Form angepaßte Abdeck haube 50 abgedeckt.In this practical embodiment, the tilt axes U, V, W are each realized by straight bending lines of strong leaf springs, which have the advantage that they bring about a play-free, low-friction pivot bearing. The two tilt axes U, V are formed on a common triangular leaf spring 260 , which takes the place of the intermediate part 26 of FIG. 4 and which is fastened at 240 on the probe arm support plate 17 and in the region of the side assigned to the tilt axis U on the compensating lever 29 . The third tilt axis W and the pivot axis of the pivot bearing of the central power lever 41 at 42 are formed by leaf springs 46 and 420 , respectively. The three transducers 38 , 39 , 40 are connected via resilient holding arms 47 , 47 a, 48 and a bracket 49 to the base body 21 in such a way that they are only acted upon in their main operating direction, ie in the axial direction of their plunger armature, and no deflection of the Plunger anchor transversely to the measuring coil, ie transversely to the main operating direction. The holding arms 47 , 47 a, 48 form the already mentioned leaf spring guides. The base body 21 is also designed on its front side above the probe arm plate 17 also triangular in plan view; it is covered with the tactile arm support plate 17 by a cover 50 adapted to its shape.

In der beschriebenen Ausführungsform ist der Meßtaster insbesondere als 3D-Punktantaster einsetzbar. Um ihn auch zum Formmessen (Scanning) mit einstellbarer Meßkraft ver wenden zu können, sind Hilfseinrichtungen vorgesehen, die an dem Basiskörper 21 oberhalb der Tastarmtragplatte 17 in der Verlängerung des Tastarms 3 angeordnet sind:In the described embodiment, the probe can be used in particular as a 3D point probe. In order to be able to use it for shape measurement (scanning) with an adjustable measuring force, auxiliary devices are provided which are arranged on the base body 21 above the probe arm support plate 17 in the extension of the probe arm 3 :

Koaxial zu der Tastarmachse 16 ist auf die Tastarmtrag platte 17 über eine zweite noch zu erläuternde Zentral krafterzeugungseinrichtung 51 ein zylindrisches Verlänge rungselement in Gestalt einer Zentralkrafthülse 52 aufge setzt, die durch eine entsprechende Bohrung 53 in dem Ba siskörper 21 nach oben ragt. Diese Zentralkrafthülse 52 ist Teil eines Kraftgenerators zur Erzeugung der Meßkraft beim Scanning-Betrieb in einer ausgewählten Schwenkebene für den Tastarm 3.Coaxial to the probe arm axis 16 is on the probe arm support plate 17 via a second yet to be explained central force generating device 51, a cylindrical extension element in the form of a central force sleeve 52 which extends through a corresponding bore 53 in the base body 21 upwards. This central force sleeve 52 is part of a force generator for generating the measuring force during the scanning operation in a selected swivel plane for the probe arm 3 .

Wie insbesondere aus den Fig. 5 und 6 zu entnehmen, weist dieser Kraftgenerator eine Einrichtung zur Beschränkung der Schwenkbeweglichkeit des Tastarmes 3 im Hauptdrehpunkt 22 auf eine eindimensionale Schwenkbewegung in einer Schwenkebene auf, die den Hauptdrehpunkt 22 enthält und rechtwinklig zu der die beiden sich schneidenden Kippach sen U, V enthaltenden Ebene 23 (Fig. 3) verläuft. Dabei kann die Schwenkebene um die durch den Hauptdrehpunkt ver laufende Tastarmachse 16, d. h. rechtwinklig zu der Ebene 23 verdreht werden.As can be seen in particular from FIGS. 5 and 6, this force generator has a device for restricting the pivoting mobility of the probe arm 3 in the main pivot point 22 to a one-dimensional pivoting movement in a pivot plane which contains the main pivot point 22 and at right angles to the two intersecting Kippach sen U, V containing plane 23 ( Fig. 3). The swivel plane can be rotated about the probe arm axis 16 running through the main pivot point 16 , ie at right angles to the plane 23 .

Im einzelnen weist der in die Bohrung 53 (Fig. 2) des Ba siskörpers 21 eingesteckte Kraftgenerator ein mit dem Ba siskörper 21 starr verbundenes Basisteil 54 auf, das in einer zu der Bohrung 53 koaxialen Aufnahmebohrung 55 (Fig. 6) eine Lagerhülse 56 enthält, in der ein zylindrisches Lagerelement in Gestalt einer Lagerhülse 57 drehbar gela gert ist. Auf die Lagerhülse 57 sind oberhalb des Basis teiles 54 ein Schleifringpaar 58, eine Zahnriemenscheibe 59 und ein Stellring 60 aufgesetzt, der mit der Lagerhülse 57 verstiftet ist und damit über die dazwischenliegenden Teile die Lagerhülse 57 axial bezüglich der Lagerhülse 56 fixiert.In detail, in the bore 53 (Fig. 2) of the Ba siskörpers 21 inserted force generator is a rigid with the Ba siskörper 21 connected base portion 54 which in a coaxial to the bore 53 receiving bore 55 (FIG. 6) a bearing sleeve 56 includes , in which a cylindrical bearing element in the form of a bearing sleeve 57 is rotatably gela. On the bearing sleeve 57 , a slip ring pair 58 , a toothed belt pulley 59 and an adjusting ring 60 are placed above the base part 54 , which is pinned to the bearing sleeve 57 and thus axially fixed the bearing sleeve 57 with respect to the bearing sleeve 56 via the intermediate parts.

In der Lagerhülse 57 ist ein koaxiales Kupplungselement in Gestalt einer Schwenkhülse 61 kleineren Durchmessers an geordnet, die die Zentralkrafthülse 52 mit radialem Ab stand umgibt. Die Lagerhülse 57 und die Schwenkhülse 61 tragen an ihrem unteren Ende jeweils einen Ringflansch 62 bzw. 63. Die beiden Ringflansche 62, 63 sind axial und radial voneinander beabstandet und durch zwei geteilte, in einer gemeinsamen Durchmesserebene liegende Blattfederele mente 64 (Fig. 5) miteinander verbunden, die in entspre chende axial fluchtende Schlitze der Ringflansche 62, 63 eingesetzt und an diesen befestigt sind. Die Blattfeder elemente 64 bilden ein Schwenklager mit einer definierten, quer zu der Tastarmachse 16 verlaufenden Schwenkachse, die in Fig. 5 bei 65 angedeutet ist. An ihren Ende ist die Zentralkrafthülse 52 in einer koaxialen Lagerbuchse 66 der Schwenkhülse 61 über eine Kugelführung 67 längsverschieb lich geführt. Die Kugelführung 67 ist vorgespannt und da mit weitgehend spielfrei. Sie erlaubt außer der Längsver schiebung auch eine Drehbewegung.In the bearing sleeve 57 , a coaxial coupling element in the form of a swivel sleeve 61 of smaller diameter is arranged, which surrounds the central force sleeve 52 with radial Ab stood. The bearing sleeve 57 and the swivel sleeve 61 each have an annular flange 62 and 63 at their lower end. The two ring flanges 62 , 63 are axially and radially spaced from one another and connected by two split, in a common diameter plane Blattfederele elements 64 ( Fig. 5) connected to each other, the corresponding axially aligned slots of the ring flanges 62 , 63 inserted and attached to them are. The leaf spring elements 64 form a pivot bearing with a defined, transverse to the probe arm axis 16 pivot axis, which is indicated in Fig. 5 at 65 . At its end, the central force sleeve 52 is guided in a coaxial bearing bush 66 of the swivel sleeve 61 via a ball guide 67 longitudinally displaceable. The ball guide 67 is preloaded and largely free of play. In addition to the longitudinal displacement, it also allows a rotary movement.

Über die Zahnriemenscheibe 59 und einen Zahnriemen 68 ist die Lagerhülse 57 mit einem Elektromotor 69 gekuppelt, der in dem Basisteil 54 verankert ist und als Schrittmotor ausgebildet sein kann. Der Elektromotor 69 erlaubt es so mit, die Lagerhülse 57 und mit dieser die Schwenkachse 65 um die Tastarmachse 16 zu verdrehen und damit der Schwenk ebene des Tastarms 3 und der Antastrichtung eine vorbe stimmte Orientierung im Raum zu geben, wie dies im einzel nen noch erläutert werden wird.Via the toothed belt pulley 59 and a toothed belt 68 , the bearing sleeve 57 is coupled to an electric motor 69 , which is anchored in the base part 54 and can be designed as a stepper motor. The electric motor 69 thus allows the bearing sleeve 57 and with it the pivot axis 65 to rotate about the probe arm axis 16 and thus the pivoting plane of the probe arm 3 and the probing direction to give a predetermined orientation in space, as will be explained in detail in the following will be.

In der Fortsetzung der Lagerhülse 57 ist ein Tauchspul system 70 (Fig. 5, 6) angeordnet, das zur Erzeugung der beim Scanning-Betrieb in der Schwenkebene wirkenden Meß kraft dient. Dieses Tauchspulsystem 70 weist einen zylin drischen Dauermagneten 72 auf, der über ein Formteil 71 zu einem Ringspalt-Magnetsystem ergänzt ist, in dessen Ring spalt eine Tauchspule 73 ragt. Dieses Ringspalt-Magnetsy stem ist mit der Lagerhülse 57 über das Formteil 71 starr verbunden, während die Tauchspule 73 über einen Befesti gungsbügel 74 starr an der Schwenkhülse 61 befestigt ist. Der Dauermagnet 72 und die Tauchspule 73 sind koaxial zu einander mit rechtwinklig zu der Tastarmachse 16 verlau fender Achse 75 angeordnet, wobei die Achse 75 auch recht winklig zu der Schwenkachse 65 orientiert ist, derart, daß das Tauchspulsystem 70 eine Verschwenkung der Schwenkhülse 61 um die Schwenkachse 65 relativ zu der basiskörperfesten Lagerhülse 57 bewirken kann. Die Erregung der Tauchspule 73 erfolgt über die Schleifringe 58, mit denen gehäusefe ste Stromabnehmer 76 (Fig. 6) zusammenwirken.In the continuation of the bearing sleeve 57 , a moving coil system 70 ( FIGS. 5, 6) is arranged, which serves to generate the measuring force acting during the scanning operation in the swivel plane. This moving coil system 70 has a cylindrical permanent magnet 72 , which is supplemented via a molded part 71 to form an annular gap magnet system, in the annular gap of which a moving coil 73 protrudes. This annular gap Magnetsy stem is rigidly connected to the bearing sleeve 57 via the molded part 71 , while the plunger 73 supply bracket 74 is rigidly attached to the pivot sleeve 61 via a fastening. The permanent magnet 72 and the moving coil 73 are arranged coaxially with each other with perpendicular to the probe arm axis 16 duri fender axis 75 , the axis 75 is also oriented at right angles to the pivot axis 65 , such that the moving coil system 70 pivots the pivot sleeve 61 around Can cause pivot axis 65 relative to the base body fixed bearing sleeve 57 . The excitation of the plunger coil 73 takes place via the slip rings 58 , with which housed current collectors 76 ( FIG. 6) interact.

Schließlich ist in der Verlängerung des Tauchspulsystems 70 noch eine Sperrvorrichtung 77 angeordnet (Fig. 6), die es erlaubt, das Tauchspulsystem 70 zu sperren und damit die Schwenkhülse 61 relativ zu der Lagerhülse 57 unver schwenkbar zu arretieren. Die Sperrvorrichtung 77 weist einen auf das Formteil 71 aufgesetzten Betätigungsmagneten 79 auf, der bei 80 auf dem Formteil 71 drehbar gelagert ist. Der Betätigungsmagnet 79 erlaubt es über zwei Stifte 78, 82 und eine bei 81 angedeutete Kulissenscheibe die Sperrung des Tauchspulsystems 70 zu bewirken oder diese frei zu geben.Finally, in the extension of the moving coil system 70 there is also a locking device 77 ( FIG. 6), which allows the moving coil system 70 to be locked and thus to lock the swivel sleeve 61 so that it cannot pivot relative to the bearing sleeve 57 . The locking device 77 has a mounted on the mold part 71 the actuating magnet 79, which is pivoted at 80 on the molding 71st The actuating magnet 79 allows the pins of the moving coil system 70 to be blocked or released by means of two pins 78 , 82 and a link plate indicated at 81 .

Aus Fig. 6 ist noch der Aufbau der zweiten Zentralkraft erzeugungseinrichtung 51 zu entnehmen, über die die Zen tralkrafthülse 52 mit der Tastarmtragplatte 17 verbunden ist. Diese Einrichtung besteht aus einem topfförmigen Ge häuse 83, das über eine Anschraubfläche 84 starr an der Tastarmtragplatte 17 angeschraubt ist. Das Gehäuse 83 ent hält eine zu der Tastarmachse 16 koaxiale zylindrische Sackbohrung 85, die eine Zugfeder 86 aufnimmt, welche in einem Federwiderlager 87 am Boden der Sackbohrung 85 sowie an einem Querstift 88 an der Zentralkrafthülse 52 veran kert ist. An ihrem unteren Ende ist die Zentralkrafthülse mit einem Ringflansch 89 versehen, der das Gehäuse 83 bei 90 topfartig übergreift (Fig. 6) oder alternativ von einem Bord des Gehäuses 83 randseitig umgriffen ist (Fig. 2, 5) und eine ebene rechtwinklig zu der Tastarmachse 16 verlau fende Auflagefläche 91 umschließt, welcher eine parallele, ebenfalls ebene Planfläche 92 an der Stirnseite des Gehäu ses 83 zugeordnet ist. Zwischen die Auflagefläche 91 und die Planfläche 92 ist ein planparalleler Zwischenring 94 eingelegt.From Fig. 6, the structure of the second central force generating device 51 can be seen, via which the Zen tralkrafthülse 52 is connected to the probe arm support plate 17 . This device consists of a cup-shaped Ge housing 83 which is screwed rigidly to the probe arm support plate 17 via a screwing surface 84 . The housing 83 ent holds a coaxial to the probe arm axis 16 cylindrical blind bore 85 which receives a tension spring 86 which is anchored in a spring abutment 87 on the bottom of the blind bore 85 and on a transverse pin 88 on the central force sleeve 52 . At its lower end, the central force sleeve is provided with an annular flange 89 which engages over the housing 83 at 90 in a pot-like manner ( FIG. 6) or alternatively is encompassed by a rim of the housing 83 on the edge (FIGS . 2, 5) and a plane perpendicular to that Probe arm axis 16 duri fende bearing surface 91 , which is associated with a parallel, also flat plane surface 92 on the front side of the hous ses 83 . A plane-parallel intermediate ring 94 is inserted between the support surface 91 and the flat surface 92 .

Diese Zentralkrafterzeugungseinrichtung 51 wirkt nach dem sogenannten "Zylinder-Prinzip", das auf der Erkenntnis beruht, daß Rückstellkräfte, die auf einen Zylinder wir ken, der auf einer Unterlage steht und gekippt wird, immer gleich sind, gleichgültig in welcher Richtung der Zylinder ausgelenkt wurde. Wenn deshalb die Tastarmtragplatte 17 gegen die festgehaltene Zentralkrafthülse 52 um die U-, V- Kippachsen verschwenkt wird, erfährt auch das Gehäuse 83 eine entsprechende Verschwenkung gegenüber dem Ringflansch 89 der Zentralkrafthülse 52. Die mittig angreifende Zug feder 86 ist bestrebt, die Tastarmtragplatte und damit den Tastarm 3 wieder in die in Fig. 6 dargestellte Mittenstel lung zurückzuführen sowie die Tastspitze 15 freigegeben wird. In dieser Mittenstellung ist der Zwischenring 94 großflächig überall satt aufliegend zwischen der Auflage fläche 91 und der Planfläche 92 eingespannt, während die Tastarmachse 16 mit der Achse der Zentralkrafthülse 52 fluchtet.This central force generating device 51 acts on the so-called "cylinder principle", which is based on the knowledge that restoring forces that we ken on a cylinder, which stands on a base and is tilted, are always the same, regardless of the direction in which the cylinder was deflected . Therefore, if the probe arm support plate 17 is pivoted against the held central force sleeve 52 about the U, V tilt axes, the housing 83 also experiences a corresponding pivoting relative to the ring flange 89 of the central force sleeve 52 . The centrally engaging train spring 86 endeavors to return the probe arm support plate and thus the probe arm 3 to the center position shown in FIG. 6 and the probe tip 15 is released. In this central position, the intermediate ring 94 is clamped over a large area everywhere lying between the support surface 91 and the flat surface 92 , while the probe arm axis 16 is aligned with the axis of the central force sleeve 52 .

Zu einem axialen Auseinanderziehen des Gehäuses 83 und der Zentralkrafthülse 52 sind wesentlich größere Kräfte erfor derlich als zu dem erläuterten Kippen des Gehäuses 83 be züglich der Zentralkrafthülse 52.For an axial pulling apart of the housing 83 and the central force sleeve 52 , much greater forces are required than for the explained tilting of the housing 83 with respect to the central force sleeve 52 .

Im Formmeß- oder Scanningbetrieb arbeitet der Meßtaster wie folgt:The probe works in the form measuring or scanning mode as follows:

Durch entsprechende Betätigung des Elektromotors 69 ist die Schwenkachse 65 (Fig. 5) und damit die Schwenkebene der Tastspitze 15 zweckentsprechend im Raum ausgerichtet. Eine Auslenkung der Tastspitze 15 erfolgt nur in dieser Schwenkebene, so daß der Meßtaster als 1D-Formmeßtaster arbeitet. In der zu der Schwenkebene rechtwinkligen Ebene ist der Bewegungswiderstand für den Tastarm 3 sehr groß.By appropriate actuation of the electric motor 69 , the pivot axis 65 ( FIG. 5) and thus the pivot plane of the probe tip 15 are appropriately aligned in space. A deflection of the probe tip 15 takes place only in this swivel plane, so that the probe works as a 1D form probe. In the plane perpendicular to the swivel plane, the movement resistance for the probe arm 3 is very large.

Für die Bewegung der Tastspitze 15 beim Scannen in der eingestellten Schwenkebene können konstante und sehr schnell umschaltbare Meßkräfte nach Wert und Richtung über das Tauchspulsystem 70 eingestellt werden. Das Tauchspulsystem 70 erlaubt es die auf die Tastspitze 15 ausgeübte Andrück- oder Meßkraft in ihrer Größe zwischen Null und einem vorgegebenen Maximalwert mit positivem oder negativem Vorzeichen beliebig einzustellen, wie dies für Innen- und Außenabtastungen von Nöten ist. Die Größe und Richtung der Kraft lassen sich durch einfaches Einstellen des Stromes der Tauchspule 73 bestimmen.For the movement of the probe tip 15 when scanning in the set swivel plane, constant and very quickly switchable measuring forces can be set according to value and direction via the moving coil system 70 . The plunger coil system 70 allows the pressing or measuring force exerted on the probe tip 15 to be set arbitrarily in its size between zero and a predetermined maximum value with a positive or negative sign, as is necessary for internal and external scans. The magnitude and direction of the force can be determined by simply adjusting the current of the moving coil 73 .

Der Meßbereich für die seitliche Auslenkung der Tastspitze 15 bei der Formmessung ist durch die Abmessungen der Schwenkhülse 61 und der Lagerhülse 57 gegeben. Er beträgt typischerweise ± 1 mm. Die von dem Tauchspulsystem 70 er zeugte Meßkraft ist kleiner als die von der Zentralkraft erzeugungseinrichtung 51 erzeugte Zentralkraft, so daß im Formmeßbetrieb über die Zentralkrafterzeugungseinrichtung 51 eine starre Kupplung zwischen der Zentralkrafthülse 52 und dem Tastarm 3 erhalten bleibt. Bei Überschreiten des zulässigen Meßbereiches wird diese starre Kupplung bei 51 gelöst, so daß die Zentralkrafterzeugungseinrichtung 51 wie eine Überlastsicherung wirkt.The measuring range for the lateral deflection of the probe tip 15 during the shape measurement is given by the dimensions of the swivel sleeve 61 and the bearing sleeve 57 . It is typically ± 1 mm. The test force generated by the moving coil system 70 is smaller than the central force generated by the central force generating device 51 , so that a rigid coupling between the central force sleeve 52 and the probe arm 3 is maintained in the form measuring operation via the central force generating device 51 . If the permissible measuring range is exceeded, this rigid coupling is released at 51 , so that the central force generating device 51 acts as an overload protection device.

Die Sperreinrichtung 77 erlaubt eine Umschaltung vom Scan ning-Betrieb in den Punktantastbetrieb, in dem sie, wie bereits erläutert, die Schwenkhülse 61 und damit die Zen tralkrafthülse 52 unverschwenkbar gegen die Lagerhülse 57 und damit den Basiskörper 21 arretiert. Wenn bei der Punktantastung die Tastspitze 15 seitlich gegen den Prüf ling fährt, wird die Tastarmtragplatte 17 um die Kippach sen U, V verschwenkt, so daß die Meßwertwandler 38, 39, 40 ein entsprechendes Signal an die Signalverarbeitungsein richtung abgeben, das der 3D-Position der Tastspitze 15 entspricht. Aus diesem Signal kann gegebenenfalls ein Schaltsignal abgeleitet werden. Dabei wird das Gehäuse 83 der Zentralkrafterzeugungseinrichtung 51 gegen den festge haltenen Ringflansch 89 gekippt, so daß die Zentralkraft für die Rückstellung in die Mittenstellung wirksam wird. Da die Zentralkrafterzeugungseinrichtung 51 keine bevor zugte Richtung aufweist, ist der Meßtaster in diesem An tastbetrieb ein echter 3D-Punktantaster.The locking device 77 allows switching from the scanning operation to the point-touch operation, in which, as already explained, the pivot sleeve 61 and thus the central force sleeve 52 are locked against the bearing sleeve 57 and thus the base body 21 . If the probe tip 15 moves laterally against the test object, the probe arm support plate 17 is pivoted about the Kippach sen U, V, so that the transducers 38 , 39 , 40 emit a corresponding signal to the Signalververarbeitungein direction that the 3D position corresponds to the tip 15 . If necessary, a switching signal can be derived from this signal. In this case, the housing 83 of the central force generating device 51 is tilted against the ring flange 89 held in place , so that the central force is effective for the return to the central position. Since the central force generating device 51 has no preferred direction before, the measuring probe is a real 3D point probe in this operating mode.

Beim Ziehen bzw. Heben in W-Richtung heben sich der Aus gleichshebel 29 und der Zentralkrafthebel 41 in bereits erläuterter Weise um jeweils eine andere Abstützstelle 42 bzw. 43 voneinander ab. Das Blattfederelement 420 sorgt dabei für den nötigen Längenausgleich (Fig. 2).When pulling or lifting in the W direction, the equalizing lever 29 and the central force lever 41 are lifted from one another by a different support point 42 or 43 in the manner already explained. The leaf spring element 420 provides the necessary length compensation ( Fig. 2).

Abschließend sei noch erwähnt, daß der neue Meßtaster auch im Scanning-Betrieb innerhalb des Bewegungsbereiches der Tastspitze 15 in der Schwenkebene zur Punktantastung ver wendet werden kann.Finally, it should also be mentioned that the new probe can also be used in scanning operation within the range of movement of the probe tip 15 in the swivel plane for point probing.

Der Tastarm 3 sitzt auf einer Tastarmkupplungsplatte 170, die Teil einer Kupplungseinrichtung bildet mit der der Tastarm 3 starr an der Tastarmtragplatte 17 befestigt ist (Fig. 2). Zu diesem Zwecke ist in die Tastarmkupplungs platte 170, die mit dem Tastarm 3 fest verbunden ist lös bar an der Tastarmtragplatte 17 angekuppelt. Im gekuppel ten Zustand ist eine exakte starre Verbindung zwischen der Tastarmtragplatte 17 und der Tastarmkupplungsplatte 170 vorhanden.The probe arm 3 sits on a probe arm coupling plate 170 , which forms part of a coupling device with which the probe arm 3 is rigidly attached to the probe arm support plate 17 ( FIG. 2). For this purpose, in the probe arm coupling plate 170 , which is firmly connected to the probe arm 3 is detachably coupled to the probe arm support plate 17 . In the coupled state there is an exact rigid connection between the probe arm support plate 17 and the probe arm coupling plate 170 .

Claims

1. Measuring probe with a multi-dimensional probe, a probe tip with an (15) carrying the feeler arm (3) which is pivotally mounted on a base body (21) via low friction play-free bearing means at a main pivot point (22),
with bearing means for the probe arm ( 3 ), which have three tilting axes, two of which (U, V) lying in a plane ( 23 ) are preferably arranged essentially at right angles to one another and intersect at the main pivot point ( 22 ) and which third tilt axis (W) runs at a distance from the main pivot point ( 22 ),
with at least three transducers ( 38 , 39 , 40 ), each of which is firmly connected to the probe arm ( 3 ) and the base body ( 21 ) and for detecting the rotational movement components that occur when the probe tip is deflected Tilt axes (U, V) and any translational movement component occur in a direction (W) perpendicular to the plane ( 23 ) containing the tilt axes (U, V) and are arranged and mounted in such a way that when the probe tip is deflected each transducer is only one-dimensionally applied in its main operating direction and
The three-dimensional measured value is characterized by means for processing the measured-value signals emitted by the measured-value wall learners ( 38 , 39 , 40 ) into a deflection of the probe tip ( 15 ).

2. Probe according to claim 1, characterized in that the three tilting axes (U, V, W) are arranged lying in a common plane ( 23 ).

3. Probe according to claim 1 or 2, characterized in that the three transducers ( 38 , 39 , 40 ) are arranged at the corners of an imaginary triangle, of which two in the main pivot point ( 22 ) or in the vicinity of each intersecting sides an essentially the same angle with the two from the main pivot ( 22 ). outgoing tilt axes (U, V) include or are parallel to these tilt axes.

4. Probe according to claim 3, characterized in that the two sides of the imaginary triangle unite Include an angle of 60 °.

5. Probe according to claim 3 or 4, characterized ge indicates that the third side of the imagined Triangle essentially parallel to the third Tilt axis (W) runs.

6. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the probe arm ( 3 ) is rigidly connected to a laterally projecting probe arm support plate ( 17 ) which is mounted on the base body ( 21 ) by means of the bearing means.

7. Probe according to claim 6, characterized in that the transducers ( 38 , 39 , 40 ) with the base body by ( 21 ) and the probe arm support plate are each connected via an essentially gimbal mounting.

8. Probe according to claim 6, characterized in that the probe arm ( 3 ) with the probe arm support plate ( 17 ) is rigidly connected via a releasable coupling device.

9. Probe according to claim 6 or 7, characterized in that the probe arm support plate ( 17 ) over the two in the main pivot ( 22 ) intersecting tilt axes (U, V) containing bearing devices ( 24 , 25 , 26 , 27 ; 260 , 46 ) is pivotally mounted on a compensating lever ( 29 ) which is connected to the base body ( 21 ) via a bearing (at 46 ) containing the third tilting axis (W).

10. Probe according to one of claims 6 to 9, characterized in that the probe arm support plate ( 17 ) is formed at least in some areas with a triangular outline and the probe arm ( 3 ) is arranged in the vicinity of a corner ( 20 ) of the triangle.

11. Probe according to claim 9 or 10, characterized in that the bearing devices have spring means ( 260 , 46 ) on which the tilting lines forming bending lines are formed.

12. Probe according to claim 11, characterized in that the two intersecting tilt axes (U, V) are formed by bending lines of a single leaf spring element ( 260 ).

13. Probe according to one of claims 6 to 12, characterized in that it has a device ( 29 , 32 ) for compensating for the weight of the probe arm support plate ( 17 ) and the parts connected thereto with respect to the third axis of tilt (W).

14. Probe according to claims 9 and 13, characterized in that the weight compensation device has a on the from the probe arm plate ( 17 ) remote lever arm of the compensating lever ( 29 ) arranged from the counterweight ( 32 ).

15. Probe according to one of claims 6 to 14, characterized in that the probe arm support plate ( 17 ) with a device ( 35 to 37 ) for compensating a torque effect resulting from an arrangement outside the center of gravity of the main pivot point ( 22 ) with respect to the two intersecting tilting axes (U, V).

16. Probe according to claim 15, characterized in that the device has a pivotably mounted on the base body ( 21 ) double-armed lever ( 35 ), one lever arm with the Tastarmtragplat te ( 17 ) coupled and the other lever arm with a counterweight ( 37 ) is provided.

17. Probe according to claims 14 and 16, characterized in that the two compensation devices on the base body ( 21 ) are superimposed on one another net angeord.

18. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the third tilt axis (W) the probe arm ( 3 ) with respect to this tilt axis (W) positively hold in a defined central position de first central force generating means ( 41 to 44 ) are assigned.

19. Probe according to claims 9 and 18, characterized in that the first central force generating means directed at one end to the base body ( 21 ), in the direction of the compensating lever ( 29 ) extending auxiliary or central power lever ( 41 ) have the at two mutually spaced in the longitudinal direction support points ( 43 , 43 a) can be supported against the compensating lever ( 29 ) and is under the action of spring means ( 44 ) which is arranged between the compensating and the auxiliary or central force lever ( 29 ; 41 ) are and on the auxiliary or Zen tralkkrafthebel ( 41 ) in an area between the two support points ( 43 , 43 a) attack.

20. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the intersecting two tilt axes (U, V) are associated with the probe arm ( 3 ) with respect to these tilt axes in a defined central position holding second central force generating means ( 51 ).

21. Probe according to claims 6 and 20, characterized in that the second central force generating means ( 51 ) on the probe tip ( 15 ) facing away from the probe arm support plate ( 17 ) are arranged and connected to it.

22. Probe according to claim 21, characterized in that the second central force generating means in the extension of the probe arm ( 3 ) arranged zy-cylindrical body ( 83 ) which by coaxial spring means ( 86 ) with an end face ( 92 ) against an abutment element ( 89 ) is pressed that the cylin drical body ( 83 ) or the abutment element ( 89 ) with the probe arm support plate ( 17 ) is rigidly connected and the other part with a cylindri's body or the abutment element tiltable ar retractable releasable locking device ( 77 ) coupled is.

23. Probe according to claim 22, characterized in that the locking device ( 77 ) has a mechanically or electromagnetically actuable lock ( 81 , 82 ), the extension part on a with the cylindrical body ( 83 ) or the abutment element ( 89 ) connected extension ( 52 ) is directly or indirectly attacking.

24. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the probe arm ( 3 ) one direction ( Fig. 6) to limit its swivel motion in the main pivot point ( 22 ) is arranged on a two-dimensional swivel movement in a swivel plane which is at right angles to the plane ( 23 ) containing the two intersecting tilt axes (U, V) and that this device contains means ( 69 ) to rotate the swivel plane about a through the main pivot point ( 22 ) perpendicular to said plane ( 23 ) to rotate the standing axis.

25. Probe according to claim 24, characterized in that the rotating device for the pivot plane has a rotatably mounted on the base body ( 21 ) cylindrical bearing element ( 57 ) which is coupled with a rotation causing a ver actuating actuator ( 68 , 69 ) That a coupling element ( 61 ) is pivotally connected to the bearing element ( 57 ) via a pivot bearing ( 64 , 65 ) with a pivot axis ( 65 ) extending transversely to the axis of the bearing element ( 57 ), in which a coupling element ( 67 ) is connected with the probe arm ( 3 ) connected extension part ( 52 ) is taken up.

26. A probe according to claim 25, characterized in that the bearing element and the coupling element are coaxial sleeves ( 57 , 61 ) in which the coaxial extension element ( 52 ) protrudes from a side remote from the guide means ( 67 ).

27. Probe according to one of claims 24 to 26, characterized in that a Einrich device ( 77 ) for generating a measuring force acting in the pivot plane for the probe arm is coupled to the probe arm ( 3 ).

28. Probe according to claim 27, characterized in that the measuring force of the generating device contains a plunger coil system ( 70 ) on an extension element ( 52 ) of the probe arm ( 3 ) on the probe tip ( 15 ) facing away from the main pivot point ( 22 ) is trained to touch.

29. Probe according to one of claims 25, 27 and 28, characterized in that the moving coil system ( 70 ) in the extension of the bearing element ( 57 ) between the bearing element ( 57 ) and the coupling element ( 61 ) is arranged to act.

30. Probe according to claims 21 and 29, characterized in that the locking device ( 77 ) is arranged in the extension of the bearing element ( 52 ) above the moving coil system ( 70 ).

31. Probe according to one of claims 6 to 30, characterized in that the probe arm ( 3 ) with the probe arm support plate ( 17 ) via a detachable clutch device ( 170 ) is rigidly connected.