DE19617023C1

DE19617023C1 - Surface profile and/or roughness measuring device

Info

Publication number: DE19617023C1
Application number: DE1996117023
Authority: DE
Original assignee: MAHR GmbH
Current assignee: MAHR GmbH
Priority date: 1996-04-27
Filing date: 1996-04-27
Publication date: 1997-10-16
Anticipated expiration: 2016-04-28

Abstract

The device (1) has a housing (2) enclosing a measuring transducer for converting a mechanical deflection into an electrical signal and a mechanical sensor (3) for scanning the surface, coupled to the transducer via a releasable magnetic coupling (4). The coupling has at least 2 coupling points (11,12) spaced from one another parallel to the longitudinal axis of the sensor, with separation of the coupling when a maximum force in a given direction is exceeded.

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Messung von Oberflächen, insbesondere zur Messung von deren Profilen, z. B. Form oder Rauheit, mit den Merkmalen des Oberbe griffs des Patentanspruchs 1. Das Meßgerätgerät kann zur punktweisen oder auch zur linienweisen Abtastung bzw. Erfassung von Oberflächen dienen.The invention relates to a measuring device for measuring Surfaces, especially for measuring their profiles, e.g. B. shape or roughness, with the characteristics of the Oberbe handles of claim 1. The measuring device can point by point or for line-by-line scanning or Serve to capture surfaces.

Meßgeräte zur Erfassung von Profil oder Rauheit einer Werkstückoberfläche weisen einen Tastarm oder -stift auf, der einen Tastkörper trägt und mit diesem eine Oberflächenkontur eines Werkstückes abtastet. Häufig wird dabei eine kontinuierliche Abtastung der Werkstück oberfläche entlang einer vorgegebenen Linie bewirkt, indem das Werkstück und das Oberflächenmeßgerät relativ zueinander bewegt werden. Dadurch gleitet ein an dem Tastelement gehaltener Tastkörper oder eine Tastspitze über die Werkstückoberfläche, wobei die Auslenkung des Tastelementes im Zusammenhang mit der Relativbewegung zwischen Werkstück und Oberflächenmeßgerät beispielsweise mittels eines X-Y-Schreibers als Auswertegerät festgehal ten wird. Die von dem X-Y-Schreiber erstellte Figur bildet die Oberflächenkontur des Werkstückes ab und kann nachfolgend ausgemessen werden. Die erreichbare Genau igkeit ist hierbei im wesentlichen durch den X-Y-Schrei ber begrenzt.Measuring devices for the detection of profile or roughness have a probe arm or a workpiece surface -pen on who carries a probe and with this scans a surface contour of a workpiece. Often is a continuous scanning of the workpiece surface along a given line, by making the workpiece and the surface gauge relatively are moved towards each other. This slides on the Probe element held probe or a probe tip over the workpiece surface, the deflection of the Probe element in connection with the relative movement between workpiece and surface measuring device, for example using an X-Y recorder as an evaluation device will. The figure created by the X-Y writer maps the surface contour of the workpiece and can subsequently measured. The attainable exact Essence is essentially due to the X-Y scream over limited.

Von dem Meßgerät verursachte Meßfehler treten erst in Erscheinung, wenn anstelle von X-Y-Schreibern präzise re Auswertegeräte verwendet werden.Measurement errors caused by the measuring device only occur in appearance when precise instead of X-Y writers re evaluation devices can be used.

Wird der Tastkörper über die Werkstückoberfläche geführt, treten wechselnde, auf das Tastelement einwir kende Kräfte auf, die als Reibungskräfte von dem Andruck des Tastkörpers an die Werkstückoberfläche bestimmt sind und die darüber hinaus von der Neigung des jeweiligen abgetasteten Flächenbereiches in Bezug auf die Bewegungs richtung des Tastelementes abhängen. Im Extremfalle kann es, beispielsweise beim Abtasten von bekannten Werkstüc ken, dazu kommen, daß das Tastelement mit dem Tastkörper durch die Relativbewegung zwischen Werkstück und Ober flächenmeßgerät rechtwinklig zu einem Flächenbereich geführt wird. In einem solchen Fall können Überlastungen des Oberflächenmeßgerätes auftreten, die leicht zu Be schädigungen führen.If the probe body over the workpiece surface led, changing, act on the probe element kerkenden forces on, as frictional forces from the pressure of the probe body are determined on the workpiece surface and which also depends on the inclination of each scanned area in relation to the movement depend on the direction of the feeler element. In extreme cases it can it, for example when scanning known workpieces ken, come to the fact that the probe element with the probe body due to the relative movement between workpiece and upper area measuring device perpendicular to an area to be led. In such a case, overloads can occur of the surface measuring device occur, which is easy to loading cause damage.

Darüber hinaus kann es beim rechnergesteuerten Abtasten von Werkstücken, insbesondere von unbebekannten Werkstücken, zu Kollisionen zwischen dem Tastelement und dem Werkstück kommen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn eine Werkstückoberfläche linienhaft abgetastet wird, wobei das Tastelement zwischen einzelnen Abtastvorgängen jeweils angehoben und in eine neue Anfangsposition zu rückgefahren wird. Beim Zurückfahren läuft das von der Werkstückoberfläche abgehobene Tastelement mit relativ großer Geschwindigkeit. Sind an dem Werkstück unbekannte Vorsprünge oder dgl. vorhanden, kann es zu Kollisionen mit Beschädigungen des Oberflächenmeßgerätes kommen.In addition, it can be computer-controlled Scanning of workpieces, especially of unknown ones Workpieces, collisions between the probe and the workpiece. For example, this is the case when a workpiece surface is scanned linearly, the probe element between individual scans each raised and in a new starting position is reversed. When driving back, it runs from the Workpiece surface lifted probe with relative great speed. Are unknown on the workpiece If there are protrusions or the like, there may be collisions come with damage to the surface measuring device.

Auch bei manuellen Arbeitsvorgängen, beispielsweise dem Aufspannen von zu vermessenden Werkstücken oder bei der Entnahme derselben, gilt es, Kollisionen mit dem Tastelement zu vermeiden, um keine Beschädigungen des Oberflächenmeßgerätes zu verursachen.Even with manual work processes, for example the clamping of workpieces to be measured or the removal of the same, it is necessary to collide with the Avoid touch element in order not to damage the Cause surface measuring device.

Andererseits ist das Tastelement möglichst starr an ein Meßwandlersystem zu koppeln, um eine hohe Genauigkeit bei der Meßwerterfassung zu erreichen.On the other hand, the probe element is as rigid as possible to couple a transducer system for high accuracy to achieve in the acquisition of measured values.

Aus der DE 43 45 091 C2 ist ein Meßtaster mit mehr dimensionalem Tastsystem bekannt, der ein Gehäuse mit einem darin angeordneten Meßwandlersystem aufweist. Das Meßwandlersystem ist über entsprechende Kraftübertra gungsmittel mit einer über Federgelenke schwenkbar gela gerten Tastarmtragplatte verbunden, die durch einen Ausschnitt des Gehäuses zugänglich ist. Die Tastarmtrag platte dient als Kupplungsmittel für eine Tastarmkupp lungsplatte, die starr mit dem Taststift oder Tastarm verbunden ist.DE 43 45 091 C2 is a probe with more dimensional touch probe is known, which has a housing with has a transducer system arranged therein. The Transducer system is over corresponding force transmission means with a swivelable over spring joints gerten probe arm support plate connected by a Section of the housing is accessible. The probe arm support plate serves as a coupling means for a probe arm coupling lungsplatte, the rigid with the stylus or probe arm connected is.

In gekuppeltem Zustand ist eine exakte starre Ver bindung zwischen der Tastarmtragplatte und der Tastarm kupplungsplatte vorhanden.When coupled, there is an exact rigid Ver binding between the probe arm support plate and the probe arm clutch plate available.

Aus der DE 35 32 184 C1 geht eine Meßmaschine her vor, die einen Tastkopf mit einem Tastelement aufweist. Der Tastkopf ist über eine bedarfsweise lösende Kupp lungseinrichtung mit einer Pinole verbunden. Die Kupplungseinrichtung läßt bei Überlast eine beschränkte Ausweichbewegung zwischen der Pinole und dem Tastkopf zu und koppelt ansonsten starr. Die Kupplungseinrichtung weist eine mit dem Tastkopf verbundene Halbkugel auf, die von einer Blattfeder in eine mit der Pinole verbundene Pfanne gedrückt wird. Die Blattfeder ist mit einem Ende mit der Pinole und mit ihrem anderen Ende mit dem Meßkopf verbunden.A measuring machine is known from DE 35 32 184 C1 before, which has a probe with a probe. The probe is via a coupling that can be released as required tion device connected to a quill. The Coupling device leaves a limited at overload Evasive movement between the quill and the probe and otherwise couples rigidly. The coupling device has a hemisphere connected to the probe, the from a leaf spring into one connected to the quill Pan is pressed. The leaf spring is with one end with the quill and at the other end with the measuring head connected.

Bei schwereren Kollisionen können dennoch Schäden auftreten. Severe collisions can still cause damage occur.

Darüber hinaus ist aus der EP 0 523 906 B1 ein schaltender Tastkopf mit automatischer Taststiftdrehein richtung bekannt. Der Tastkopf weist ein mit einem Meß wandler gekoppeltes, hohlzylindrisches Trägerteil auf, in dessen ringförmige Stirnseite drei sternförmig angeord nete Walzenpaare eingelassen sind. Diese dienen der Ausrichtung einer scheibenförmigen Kupplungsplatte, von der sich ein Taststift radial weg erstreckt. An der dem hohlzylindrischen Trägerelement zugewandten Seite weist die Kupplungsplatte eine Gruppe auf einem Kreis angeord neter äquidistant voneinander beabstandeter Kugeln auf, deren Anzahl durch Drei teilbar ist. Zur Ausrichtung der Kupplungsplatte an dem Trägerteil finden drei Kugeln der Gruppe jeweils in den von einem Walzenpaar definierten Zwischenraum und legen damit die Drehposition der Kupp lungsplatte fest, wobei sie deren Mittelachse näherungs weise definieren. Die Kupplungsplatte kann in Stufen weitergedreht werden, deren Größe der Beabstandung der Kugeln voneinander entspricht. Zur Halterung der Kupp lungsplatte an dem Trägerteil weist dieses wenigstens einen Permanentmagneten auf. In der von dem Trägerteil definierten Mittelöffnung sitzt eine längsverschiebbar sowie drehbar angeordnete Welle, die von einem Motor antreibbar ist. Die Welle kommt mit ihrer Stirnfläche mit der Kupplungsplatte in Eingriff, wenn sie auf diese zu vorgeschoben wird. Durch einen entsprechenden Vorschub wird die Kupplungsplatte von den Walzen abgehoben, in die gewünschte Drehposition gebracht und durch Rückzug der Welle wieder an das Trägerteil angekoppelt. In dieser Position ist sie durch den Permanentmagneten gehalten.In addition, EP 0 523 906 B1 switching probe with automatic stylus rotation direction known. The probe has one with a measuring converter-coupled, hollow cylindrical support part on, in the ring-shaped end face three arranged in a star shape nete pairs of rollers are embedded. These serve the Alignment of a disc-shaped clutch plate, from which extends a stylus radially away. At that side facing the hollow cylindrical support element the clutch plate arranged a group on a circle neter equidistantly spaced balls, whose number is divisible by three. To align the Coupling plate on the carrier part find three balls Group in each case defined by a pair of rollers Gap and thus set the rotational position of the dome lungsplatte fixed, being approximate its central axis Define wisely. The clutch plate can be in stages be rotated, the size of the spacing of the Balls corresponds to each other. To hold the dome lungsplatte on the support member has this at least a permanent magnet. In the of the carrier part defined center opening sits a longitudinally displaceable as well as rotatably arranged shaft by a motor is drivable. The shaft comes with its face the clutch plate engages when approaching this is advanced. With an appropriate feed the clutch plate is lifted off the rollers into which brought the desired rotational position and by withdrawing the The shaft is coupled to the carrier part again. In this It is held in position by the permanent magnet.

Die Lage der Kupplungsplatte ist durch insgesamt drei Anlageorte definiert, die jeweils durch eine Kugel und ein Walzenpaar gebildet werden. Die Anlageorte sind durch die Eckpunkte eines gleichseitigen Dreieckes defi niert und legen jeweils zwei Freiheitsgrade fest. Während hinsichtlich der Drehstellung der Kupplungsplatte eine gute Ausrichtung derselben erreicht wird, kann die Mit telachse der Kupplungsplatte in unterschiedlichen Drehpo sitionen etwas differieren oder wandern.The location of the clutch plate is by total three investment locations, each defined by a sphere and a pair of rollers are formed. The investment locations are defi by the corner points of an equilateral triangle and define two degrees of freedom. While with regard to the rotational position of the clutch plate good alignment of the same is achieved, the Mit telachse of the clutch plate in different rotary positions differ a little bit or hike.

Darüber hinaus gestattet es der genannte Meßkopf, die Kupplungsplatte mit dem Taststift abzunehmen und bedarfsweise durch eine andere Kupplungsplatte mit Tast stift zu ersetzen oder auszutauschen. Die hinsichtlich der Positionierung des Taststiftes erreichbare Genau igkeit ist dabei, wie oben erläutert, beschränkt oder nur mit erhöhtem Aufwand verbesserbar.In addition, the measuring head mentioned allows remove the clutch plate with the stylus and if necessary by another clutch plate with key to replace or replace the pen. The regarding the positioning of the stylus achievable Exactly As explained above, accuracy is limited or only can be improved with increased effort.

Aus der DE 31 52 731 C2 ist ein Konturmeßinstrument bekannt, das einen in einem Gehäuse schwenkbar gelagerten Tastarm aufweist. Der Tastarm ragt durch eine an der Stirnseite des Gehäuses vorgesehene Öffnung nach außen und trägt an seinem freien Ende einen Taststift zum Erfassen der Kontur eines Werkstückes, wenn er über dessen Oberfläche geführt wird. Der Tastarm ist etwa in der Mitte eines aus dem Gehäuse ragenden Abschnittes mit einem Drehgelenk versehen, das eine Drehung des von dem Gehäuse abliegenden Armabschnittes gegen den übrigen Arm und das Gehäuse um eine Armlängsachse zuläßt. Das Drehge lenk ist mittels eines Kugel-Rastmechanismus in mehreren Drehstellungen arretierbar.DE 31 52 731 C2 is a contour measuring instrument known, the one pivotally mounted in a housing Probe arm. The probe arm protrudes through one of the Front opening of the housing provided to the outside and carries a stylus at its free end Detect the contour of a workpiece when it is over the surface of which is guided. The probe arm is approximately in the middle of a section protruding from the housing provided with a swivel that rotates the Housing arm section against the rest of the arm and the housing allows around a longitudinal axis of the arm. The Drehge Steering is in several by means of a ball locking mechanism Lockable rotary positions.

Das an dem Tastarm vorgesehene Drehgelenk dient der Einstellung unterschiedlicher Taststiftlängsrichtungen beim Abtasten von Oberflächen. Wenn jedoch an dem Tast stift oder an anderen Abschnitten des Tastarmes Kräfte angreifen, die ein zulässiges Maß überschreiten, kann eine Beschädigung des Konturmeßinstrumentes nicht ausge schlossen werden. Bei der Bedienung ist darauf Rücksicht zu nehmen.The swivel joint provided on the probe arm is used for Setting different stylus longitudinal directions when scanning surfaces. However, if at the key pin or other sections of the probe arm forces attack that exceed a permissible level damage to the contour measuring instrument is not sufficient be closed. This is taken into account when operating to take.

Daraus sowie aus der eingangs genannten Problematik leitet sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ab, ein Oberflächenmeßgerät zu schaffen, das eine hohe Meßgenauigkeit aufweist und dessen Bedienung vereinfacht ist.From this as well as from the problem mentioned at the beginning the task underlying the invention is derived starting to create a surface measuring device that has a high Has measurement accuracy and simplifies its operation is.

Diese Aufgabe wird mit dem Oberflächenmeßgerät mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.This task is performed with the surface measuring device solved the features of claim 1.

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Tech nik, bei dem der den Taststift haltende Abschnitt des Tastarmes bzw. Tastelementes über ein Drehgelenk sowie über weitere Kraftübertragungsmittel mit dem Meßwandler gekoppelt ist, ist die Kupplungseinrichtung bei der Erfindung als Trennstelle ausgebildet. Damit ist das Tastelement, das als Tastarm oder Taststift ausgebildet sein kann, bei Überlast von dem übrigen Oberflächenmeßge rät trennbar. Während die Kupplungseinrichtung bei norma lem Meßbetrieb die auftretenden Kräfte auf das Meßsystem und somit die auftretenden Bewegungen auf den Meßwandler überträgt, löst sie bei Auftreten von Überlast den Kraft fluß auf, so daß sich das Tastelement von dem Oberflä chenmeßgerät löst. Dadurch wird ein wirksamer Schutz gegen Überlastung, Kollisionen und Fehlbedienungen er reicht. Das Oberflächenmeßgerät wird dadurch robuster und die Bedienung wird dadurch vereinfacht.Based on the Tech nik, in which the section of the Probe arm or probe element via a swivel joint as well via further power transmission means with the transducer is coupled, the coupling device is in the Invention designed as a separation point. That’s it Probe element that is designed as a probe arm or stylus can be in the event of an overload of the remaining surface measurement advises separable. While the coupling device at norma The forces acting on the measuring system during the measuring operation and thus the movements occurring on the transducer transmits, it releases the force when an overload occurs flow on, so that the probe from the surface Kitchen measuring device triggers. This will provide effective protection against overload, collisions and incorrect operation enough. This makes the surface measuring device more robust and this simplifies operation.

Zu der Kupplungseinrichtung gehören vorzugsweise mehrere Anlagestellen oder -flächen für entsprechend profilierte Flächen des Tastelementes (Kupplungen). Die Kupplungen sind in einem möglichst großen Abstand zuein ander angeordnet und liegen auf einer mit der Tastarm längsrichtung übereinstimmenden oder zu dieser parallelen Geraden. Dadurch wird sowohl eine große Basis zur Über tragung von Bewegungen, d. h. Meßwerten, von dem Tast element auf den Meßwandler als auch eine starre, vor allem biegesteife Ankopplung des Tastelementes an einen Meßwandler oder ein Meßwandlersystem geschaffen.The coupling device preferably includes several investment sites or areas for accordingly profiled surfaces of the probe element (couplings). The Couplings should be as far apart as possible arranged differently and lie on one with the probe arm longitudinal direction matching or parallel to this Straight lines. This creates both a great basis for over carrying movements, d. H. Measured values, from the key element on the transducer as well as a rigid one all rigid coupling of the probe element to one Transducer or a transducer system created.

Außerdem wird es dadurch neben einem massearmen Aufbau bei genügend großer Basis zur Meßwertübertragung ermöglicht, die Kupplungseinrichtung auf konstruktiv besonders einfache Weise so auszubilden, daß sie unabhän gig von der Richtung der einwirkenden Kraft bei Über schreiten eines Maximalbetrages öffnet. Dies kann bei spielsweise dadurch erreicht werden, daß die Kupplungs einrichtung keine rechtwinklig zu der Tastarmlängsrich tung ausgerichteten, miteinander in Anlage befindlichen Fläche enthält und daß keine sonstige in Eingriff bring bare Flächen vorhanden sind, die zu einer Anlage zwischen Tastelement und Gehäuse führen könnten. Noch allgemeiner ausgedrückt, enthält die Kupplungseinrichtung vorzugs weise keine Flächenanordnung oder miteinander in Anlage befindliche Flächen, die durch auf das Tastelement ein wirkende Schub- oder Zugkräfte in Anlagerichtung belastet werden.It also makes it next to a low mass Setup with a sufficiently large base for the transmission of measured values allows the coupling device on constructively particularly simple way to train so that they are independent gig of the direction of the acting force at Über exceeding a maximum amount opens. This can happen with can be achieved, for example, that the clutch device no perpendicular to the probe arm longitudinal device aligned with each other Contains surface and that no other mesh Bare areas are available that lead to an investment between Could lead probe element and housing. More general expressed, the coupling device contains preference wise no surface arrangement or with each other located areas by the on the probe acting shear or tensile forces in the direction of contact will.

Die Kupplungen der Kupplungseinrichtung sind vor zugsweise so ausgebildet, daß die erste Kupplung das Tastelement hinsichtlich dreier Freiheitsgrade, d. h. beispielsweise dreier Koordinatenrichtungen, festlegt, während die zweite Kupplung beispielsweise zwei Dreh- oder Schwenkrichtungen festlegt. Eine dritte Kupplung legt die letzte Schwenkrichtung fest, wodurch alle sechs Freiheitsgrade des starren Tastelementes an dem Meßwand ler oder das Meßwandlersystem gekoppelt sind. Damit ist eine vollständige Meßwertübertragung sichergestellt. Darüber hinaus bringt diese Aufteilung der Freiheitsgrade auf insgesamt drei Kupplungen den Vorteil, daß zumindest an den ersten beiden, die Meßwertübertragung bewirkenden Kupplungen beim Schließen der dritten Kupplung in einer Schwenkbewegung ein Reiben der Kupplungshälften oder An lageflächen aneinander erfolgt. Damit werden Staub- oder Schmutzschichten so weit beseitigt, daß die miteinander in Anlage befindlichen Flächen eine genaue Positionierung zueinander einnehmen. Dies erhöht die Genauigkeit der Meßwertübertragung von dem Tastelement zu dem Meßwandler. The couplings of the coupling device are in front preferably designed so that the first clutch Probe with respect to three degrees of freedom, d. H. for example three coordinate directions, while the second clutch, for example, two or defines swivel directions. A third clutch sets the last pan direction, making all six Degrees of freedom of the rigid probe element on the measuring wall ler or the transducer system are coupled. So that is a complete transmission of measured values is ensured. In addition, this division brings the degrees of freedom on a total of three clutches the advantage that at least on the first two, which effect the transmission of measured values Clutches when closing the third clutch in one Swiveling movement of rubbing the coupling halves or on contact surfaces. So that dust or Layers of dirt removed so far that the one another precise positioning of the surfaces in the system to each other. This increases the accuracy of the Measurement value transmission from the probe element to the transducer.

Die Kupplungseinrichtung ist vorzugsweise insbeson dere hinsichtlich der Längsrichtung des Tastelementes nach Art eines Rastmittels ausgebildet. Dadurch wird ein Lösen der Kupplungseinrichtung infolge von Kräften er möglicht, die in der Längsrichtung des Tastelementes wirken.The coupling device is preferably in particular with respect to the longitudinal direction of the feeler element designed in the manner of a locking means. This will make a Loosen the coupling device due to forces he possible in the longitudinal direction of the probe element Act.

Ein dritter, durch die Drehung des Tastelementes um seine Längsachse definierter Freiheitsgrad ist für die Meßwertübertragung von untergeordneter Bedeutung. Jedoch wird auch hier eine höchstmögliche Festlegungsgenauigkeit erreicht, wenn die betreffende Kupplung in einem mög lichst großen Radialabstand zu der Längsachse angeordnet ist.A third, by rotating the probe element around its longitudinal axis is defined for the Measured value transmission of minor importance. However is also the highest possible definition accuracy reached when the clutch in question is possible arranged as large a radial distance from the longitudinal axis is.

Die an dem ersten Anlageort angeordnete, drei Frei heitsgrade festlegende Kupplung weist vorzugsweise eine gewölbte Fläche auf, die bspw. sphärisch gewölbt sein kann. Bei einer einfachen Ausführungsform ist dies eine Kugelfläche. Bei einer abgewandelten Ausführungsform sind anstelle dessen drei Punktberührungen vorhanden, die ebenfalls drei Freiheitsgrade festlegen.The three vacancies arranged at the first investment location Degree of security defining coupling preferably has a curved surface, which may be spherically curved, for example can. In a simple embodiment, this is one Spherical surface. In a modified embodiment instead there are three point touches that also define three degrees of freedom.

An dem zweiten Anlageort sind vorzugsweise lediglich zwei Punktberührungen ausgebildet. Möglich sind bspw. Kugel-Flächen-Berührungen oder Zylinder-Zylinder-Berüh rungen.At the second investment location are preferably only two point touches formed. For example, Ball-surface contact or cylinder-cylinder contact stanchions.

Für die Genauigkeit der Meßwertübertragung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der erste und der zweite Anlageort beidseits und möglichst in gleichen Abständen zu einer Drehachse des Tastelementes oder in der Nachbarschaft eines Drehpunktes angeordnet sind. Dadurch konzentriert sich die Masse der Kupplungsein richtung um die Drehachse, wodurch sich das Trägheits moment vermindert. Dies verbessert die Dynamik. It has for the accuracy of the measured value transmission turned out to be advantageous if the first and the second investment location on both sides and if possible in the same Distances to an axis of rotation of the probe element or in are arranged in the vicinity of a fulcrum. This concentrates the mass of the coupling direction around the axis of rotation, which increases the inertia moment reduced. This improves the dynamics.

Magnete, vorzugsweise Permanentmagnete, sind ein fache und zuverlässig wirkende Befestigungsmittel zum Vorspannen der Kupplungseinrichtung auf ihre Kuppelstel lung hin.Magnets, preferably permanent magnets, are one fast and reliable fasteners for Preload the coupling device on its dome lung.

Das Abnehmen und Auswechseln von Tastelementen wird insbesondere bei Verwendung von Permanentmagneten zum Schließen der Kupplungseinrichtung erleichtert, wenn an der Kupplungseinrichtung wenigstens ein zwischen dem Tastelement und seiner Halterung wirkendes Nockenmittel vorgesehen ist, das durch Hebelwirkung ein Trennen der Kupplungseinrichtung erleichtert.The removal and replacement of tactile elements especially when using permanent magnets for Closing the coupling device facilitates when on the coupling device at least one between the Probe element and its holder acting cam means is provided that a separation of the leverage Coupling device facilitated.

Wird, wie es bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Fall ist, der Schwerpunkt des Tastelementes in seine von einer Lagereinrichtung festgelegte Drehachse bzw. in einen entsprechenden Drehpunkt gelegt, ist das Oberflä chenmeßgerät ohne Genauigkeitseinbußen in unterschiedli chen Lagen betreibbar. Wenn der Tastarm aus einem kohle faserverstärkten Material besteht, ist es möglich, zu gleich eine hohe Steifigkeit und Meßwertübertragungs genauigkeit als auch eine geringe Masse zu erreichen, die die dynamischen Eigenschaften des Oberflächenmeßgerätes verbessert und es erleichtert, den Schwerpunkt des Tast elementes in die Drehachse bzw. den Drehpunkt zu ver legen. Dies kann für einen Satz unterschiedlicher bereit gehaltener Tastelemente jeweils individuell geschehen, so daß der Wechsel von Tastelementen kein Nachjustieren von irgendwelchen Gegengewichten oder anderweitigen Kompensa tionseinrichtungen für die Lage des Schwerpunktes erfor dert.Will, as in an advantageous embodiment the case is the center of gravity of the tactile element in its axis of rotation defined by a bearing device or in a corresponding fulcrum is the surface Chenmeßgerät without loss of accuracy in different Chen layers operable. If the probe arm from a coal fiber-reinforced material, it is possible to high rigidity and measured value transmission to achieve accuracy as well as a low mass the dynamic properties of the surface measuring device improves and it facilitates the focus of the touch element in the axis of rotation or the center of rotation lay. This can be ready for a different set key elements held individually, see above that the change of probe elements no readjustment of any counterweights or other compensation facilities for the location of the center of gravity different.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing, embodiments of the Invention shown. Show it:

Fig. 1 einen Meßtaster mit einem außerhalb seines Gehäuses angekuppelten Taststift, in einer Perspektivdarstellung, Fig. 1 shows a probe with a coupled outside of its housing stylus, in a perspective view,

Fig. 2 den Meßtaster nach Fig. 1, mit abgenommenem Taststift, in Perspektivdarstellung, Fig. 2 shows the probe of FIG. 1, with removed stylus, in perspective view,

Fig. 3 den Meßtaster nach den Fig. 1 und 2, mit abge nommenem Taststift und freiliegenden Kupplungen in perspektivischer Darstellung und in einem anderen Maßstab, Fig. 3 shows the probe of FIGS. 1 and 2, with abge nommenem stylus and exposed couplings in perspective view and on a different scale,

Fig. 4 den Taststift und die Kupplungen des Meßtasters nach den Fig. 1 bis 3, in einer schematisierten Darstellung, Fig. 4 shows the stylus and the clutches of the probe of Figs. 1 to 3, in a schematic representation,

Fig. 5 die Kupplungen und den Taststift des Meßtasters nach den Fig. 1 bis 3, in einer schematisierten Draufsicht, Fig. 5 shows the clutches and the stylus of the probe of Figs. 1 to 3, in a schematic plan view,

Fig. 6 ein an einem Stativ gehaltenes Konturenmeßgerät mit einem schwenkbar gelagerten Tastarm, in einer vereinfachten Perspektivdarstellung, Fig. 6 a to a stand-held Konturenmeßgerät with a pivotally mounted sensing arm, in a simplified perspective view,

Fig. 7 eine den Tastarm des Konturenmeßgerätes nach Fig. 6 haltende Kupplungseinrichtung, in einer stark schematisierten Darstellung, und Fig. 7 a coupling device holding the probe arm of the contour measuring device according to Fig. 6, in a highly schematic representation, and

Fig. 8 den von dem Konturenmeßgerät nach Fig. 6 ge trennten Tastarm in einer perspektivischen Ansicht auf seine Kupplungen. Fig. 8 ge of the contour measuring device according to Fig. 6 separated probe arm in a perspective view of its couplings.

description

In Fig. 1 ist ein als dreidimensionaler Formmeßta ster dienendes Meßgerät 1 veranschaulicht, der einen vollständig außerhalb seines Gehäuses 2 gelagerten Tast stift 3 aufweist. Das ein nicht weiter dargestelltes Meßwandlersystem enthaltende Gehäuse 2 umschließt einen bspw. an einem Arm einer Meßmaschine gehaltenen Grundrah men, an dem der Taststift 3 über eine Kupplungseinrich tung 4 und eine entsprechend ausgebildete, in dem Gehäuse 2 befindliche Lagereinrichtung schwenkbar gelagert ist, die einen in dem Tastarm liegenden Hauptdrehpunkt H definiert.In Fig. 1 serving as a three-dimensional Formmeßta ster measuring device 1 is illustrated, which has a completely outside of its housing 2 probe pin 3 . The housing 2 contains a transducer system, not shown, encloses a base frame, for example, held on an arm of a measuring machine, on which the stylus 3 is pivotally mounted via a coupling device 4 and a correspondingly designed bearing device located in the housing 2, which supports a the main pivot point H defined.

Die Kupplungseinrichtung 4 verbindet den im wesent lichen gerade ausgebildeten, im rechten Winkel von der Unterseite des Gehäuses 2 weg ragenden Taststift 3 mit dem in dem Gehäuse 2 angeordneten Wandlersystem zur Umwandlung einer Auslenkung des Taststiftes 3 bzw. seines an seinem freien Ende angeordneten Tastkörpers 5 in elektrische Signale. Der Taststift 3 ist dabei so an geordnet, daß seine Längsmittelachse 6 durch einen nut artigen, freigestellten, durchgehenden Kantenbereich 7 des Gehäuses 2 verläuft. Vorzugsweise ist der einsprin gende Kantenbereich 7 dabei derart ausgebildet, daß der Taststift 3 an seinen beiden Seiten von Teilen oder Abschnitten des Gehäuses 2 überragt ist.The coupling device 4 connects the straight union formed in wesent union, at right angles from the underside of the housing 2 protruding stylus 3 with the transducer system arranged in the housing 2 for converting a deflection of the stylus 3 or its probe body 5 arranged at its free end electrical signals. The stylus 3 is arranged so that its longitudinal center axis 6 nut-like by one, exempted, continuous edge portion 7 of the housing extends. 2 Preferably, the Einsprin ing edge region 7 is formed such that the stylus 3 is exceeded on both sides by parts or sections of the housing 2 .

In diesem insbesondere auch aus den Fig. 2 und 3 ersichtlichen Kantenbereich 7 ist der Taststift 3 an zwei bezüglich der Längsachse 6 des Taststiftes hintereinander angeordneten und voneinander beabstandeten Kupplungen 11, 12 gehalten, die entsprechende Anlageelemente 13, 14 aufweisen und Anlageorte für den Taststift 3 definieren. Zusätzlich ist eine weitere, außerhalb des Kantenberei ches 7 angeordnete Kupplung 15 vorgesehen, die ein An lageelement 16 aufweist, das einen Anlageort für einen sich im wesentlichen in radialer Richtung von dem Tastarm 3 weg erstreckenden Hebel 17 definiert.In this edge region 7 , which can also be seen in particular in FIGS . 2 and 3, the stylus 3 is held on two couplings 11 , 12 which are arranged one behind the other and spaced apart with respect to the longitudinal axis 6 of the stylus and which have corresponding contact elements 13 , 14 and contact locations for the stylus 3 define. In addition, a further, outside of the edge area ches 7 arranged clutch 15 is provided, which has a position element 16 , which defines a location for a substantially in the radial direction from the probe arm 3 extending lever 17 .

Während die Kupplungen 11, 12 in geringem Abstand zu der Längsachse 6 des Tastarmes 3 angeordnet sind, ist der Abstand zwischen der Längsachse 6 und der Kupplung 15 größer.While the couplings 11 , 12 are arranged at a short distance from the longitudinal axis 6 of the probe arm 3 , the distance between the longitudinal axis 6 and the coupling 15 is greater.

Der Abstand der Kupplungen 11, 12 voneinander ist wenigstens so groß wie ein Drittel der Länge des Tast stiftes 3 und im vorliegenden Ausführungsbeispiel nahezu halb so groß. Dadurch wird eine ausreichend große Basis zur Übertragung der Bewegungen des Taststiftes 3 über die Anlageelemente 13, 14 auf das im Inneren des Gehäuses 2 liegende Meßsystem geschaffen.The distance between the couplings 11 , 12 from each other is at least as large as a third of the length of the stylus 3 and almost half as large in the present embodiment. This creates a sufficiently large basis for transmitting the movements of the stylus 3 via the contact elements 13 , 14 to the measuring system located inside the housing 2 .

Zur Lagerung des Taststiftes 3 an den Anlageelemen ten 13, 14 ist dieser an seinem oberen Ende mit einem vorzugsweise ferromagnetischen Anlagestück 21 und in seinem mittleren Bereich mit einem manschettenartigen Anlagestück 22 versehen. Der Abstand zwischen den An lagestücken 21, 22 stimmt mit dem Abstand zwischen den Anlageelementen 13, 14 überein.To support the stylus 3 on the system elements 13 , 14 , this is provided at its upper end with a preferably ferromagnetic contact piece 21 and in its central region with a sleeve-like contact piece 22 . The distance between the pieces 21 , 22 coincides with the distance between the contact elements 13 , 14 .

Die Ausbildung der die Wandung des Gehäuses 2 bei entsprechenden, relativ knapp bemessenen Öffnungen 23, 24, 25 durchragenden, als Kupplungsstücke oder -hälften wirkenden Anlageelemente 13, 14, 16 ist insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich. Die Anlageelemente 13, 14, 16 sitzen auf einem in dem Gehäuse 2 um eine wählbare Achse schwenkbaren oder um einen Punkt (Hauptdrehpunkt H) schwenkbar gelagerten Rahmen. Das Anlageelement 13 wird durch eine nach Art eines Prismas ausgebildete Aufnahme gebildet, in der axial, d. h. in Richtung der Längsachse 6, gegeneinander versetzt und im rechten Winkel zuein ander zwei Stifte 28, 29 eingelassen sind. Diese dienen, wie insbesondere Fig. 4 zeigt, der Anlage und Ausrichtung des Anlagestückes 21. Dieses weist zur Aufnahme des Stiftes 28 eine Ringnut 31 mit vorzugsweise dreieckigem Querschnitt auf. Oberhalb der Ringnut 31 ist eine Zylin derfläche 32 ausgebildet. Unterhalb der Ringnut 31 weist das Anlagestück 21 an seiner von dem freien oberen Ende des Taststiftes 3 abliegenden Seite eine Zylinderfläche 33 auf, die in angekuppeltem Zustand an dem Stift 29 anliegt.The design of the contact elements 13 , 14 , 16 projecting through the wall of the housing 2 with corresponding, relatively tightly dimensioned openings 23 , 24 , 25 and acting as coupling pieces or halves can be seen in particular from FIG. 3. The contact elements 13 , 14 , 16 are seated on a frame which is pivotable in the housing 2 about a selectable axis or is pivotable about a point (main pivot point H). The contact element 13 is formed by a receptacle designed in the manner of a prism, in which axially, ie in the direction of the longitudinal axis 6 , offset from one another and at right angles to each other two pins 28 , 29 are embedded. As shown in FIG. 4 in particular, these serve to support and align the contact piece 21 . This has an annular groove 31 with a preferably triangular cross section for receiving the pin 28 . Above the annular groove 31 a Zylin derfläche 32 is formed. Below the annular groove 31 , the contact piece 21 has, on its side remote from the free upper end of the stylus 3, a cylindrical surface 33 which, when coupled, bears against the pin 29 .

Die an dem Anlagestück 21 vorgesehene Zylinderfläche 33 wirkt mit zwei an dem Anlagemittel 13 vorgesehenen Permanentmagneten 34, 35 zusammen. Diese sind so angeord net und polarisiert, daß sie das Anlagestück 21 an das Anlagemittel 13 anziehen, wobei die genaue Position des Anlagestückes 21 durch die Stifte 28, 29 bestimmt wird. Zwischen den Permanentmagneten 34, 35 und der Zylinder fläche 33 bleibt ein, wenn auch kleiner, Luftspalt.The cylindrical surface 33 provided on the contact piece 21 interacts with two permanent magnets 34 , 35 provided on the contact means 13 . These are angeord net and polarized so that they attract the contact piece 21 to the contact means 13 , the exact position of the contact piece 21 being determined by the pins 28 , 29 . Between the permanent magnets 34 , 35 and the cylinder surface 33 remains an, albeit smaller, air gap.

Wie in Fig. 4 angedeutet ist, ist das Anlagestück 21 und damit der Taststift 3 an der Kupplung 11 in drei Koordinatenrichtungen K1, K2, K3 festgelegt. Der Stift 28 legt im Zusammenwirken mit der Nut 31 die Koordinaten richtungen K2 und K3 fest. Dies sind eine bezüglich der Längsachse 6 radiale Richtung (K3), die in Fig. 4 senk recht auf der Zeichenebene steht, sowie die Richtung der Längsachse 6 (K2). Ergänzend bestimmt der Stift 29 mit der Anlage der Zylinderfläche 33 eine dritte, bezüglich der Längsachse 6 radiale Koordinatenrichtung K1. Ins gesamt sind somit drei in unterschiedlichen Richtungen wirkende Punktberührungen ausgebildet.As indicated in Fig. 4, the contact piece 21 and thus the stylus 3 on the coupling 11 is fixed in three coordinate directions K1, K2, K3. The pin 28 defines in cooperation with the groove 31, the coordinate directions K2 and K3. These are a radial direction (K3) with respect to the longitudinal axis 6 , which is perpendicular to the drawing plane in FIG. 4, and the direction of the longitudinal axis 6 (K2). In addition, the pin 29 determines with the contact of the cylinder surface 33 a third coordinate direction K1, which is radial with respect to the longitudinal axis 6 . A total of three point contacts acting in different directions are thus formed.

Die Kupplung 12 wird in seiner Funktion durch zwei rechtwinklig zueinander gehaltene Stifte 37, 38 bestimmt, die mit einer an dem Anlagestück 22 vorgesehenen, auf einem Zylindermantel liegenden Anlagefläche 39 zusammen wirken. Dabei steht jeweils eine Mantellinie des jeweili gen Stiftes 37, 38 mit der Anlagefläche 39 in Punktberüh rung. Der Stift 37 legt mit der Anlagefläche 39 eine Schwenkrichtung S1 fest und verhindert somit ein Schwen ken des Taststiftes 3 in Richtung des Pfeiles S1 in Fig. 4. Entsprechend legen der Stift 38 und die Anlagefläche 39 die Lage des Taststiftes bezüglich einer Schwenkbewe gung in Richtung des senkrecht auf der Zeichenebene stehenden Pfeiles S2 fest.The function of the coupling 12 is determined by two pins 37 , 38 held at right angles to one another, which interact with a contact surface 39 provided on the contact piece 22 and lying on a cylinder jacket. There is a surface line of the respective pin 37 , 38 with the contact surface 39 in Punktberüh tion. The pin 37 defines with the contact surface 39 a pivot direction S1 and thus prevents pivoting of the stylus 3 in the direction of arrow S1 in Fig. 4. Accordingly, the pin 38 and the contact surface 39 set the position of the stylus with respect to a pivoting movement in the direction of the arrow S2 standing perpendicular to the plane of the drawing.

An oder in dem Anlageelement 14 vorgesehene Perma nentmagnete 40a, 40b halten den Taststift 3 im Bereich des Anlagestückes 22 an dem Anlageelement 14, wobei sie in Haltestellung einen geringfügigen Abstand zu dem An lagestück 22 aufweisen.On or in the contact element 14 provided permanent magnets 40 a, 40 b hold the stylus 3 in the area of the contact piece 22 on the contact element 14 , wherein they have a slight distance to the contact piece 22 in the holding position.

Der Taststift 3 ist somit an den nahe bei der Längs achse 6 angeordneten Kupplungen 11, 12 hinsichtlich der für die Meßwertübertragung wesentlichen Freiheitsgrade präzise an das Meßwandlersystem gekoppelt.The stylus 3 is thus precisely coupled to the couplings 11 , 12 arranged near the longitudinal axis 6 with respect to the degrees of freedom essential for the transmission of measured values to the transducer system.

Ein letzter, eine Drehung des Taststiftes 3 um seine Längsachse 6 bedeutender Freiheitsgrad wird durch die Anlage des Hebels 17 mit einer an diesem ausgebildeten Planfläche 41 an einer an dem Anlageelement 16 angeord neten Kugel 42 festgelegt. Der Hebel 17 wird durch einen Permanentmagneten 43 mit der Kugel 42 in Anlage gehalten.A last, a rotation of the stylus 3 about its longitudinal axis 6 significant degree of freedom is determined by the contact of the lever 17 with a flat surface 41 formed thereon on a ball 42 arranged on the contact element 16 . The lever 17 is held in contact with the ball 42 by a permanent magnet 43 .

Insbesondere zur Erleichterung des Lösens der von den Kupplungen 11, 12, 15 definierten Kupplungseinrich tung 4 ist an dem Anlagestück 22 an der dem Hebel 17 gegenüberliegenden Seite eine Nase oder ein Nocken 45 vorgesehen, der eine plan oder bedarfsweise leicht ver rundet ausgebildete Druckfläche 46 aufweist. Diese ist so angeordnet, daß sie von dem prismenartig ausgebildeten Anlageelement 14 etwas beabstandet ist, wenn die Anlage fläche 39 an den Stiften 37, 38 anliegt und wenn der Hebel 17 mit seiner Planfläche 41 an der Kugel 42 der Kupplung 15 anliegt.In particular, to facilitate the release of the clutch 4 defined by the couplings 11 , 12 , 15 device 4 , a nose or a cam 45 is provided on the contact piece 22 on the side opposite the lever 17 , which has a flat or, if necessary, slightly rounded pressure surface 46 . This is arranged so that it is somewhat spaced from the prism-shaped contact element 14 when the contact surface 39 abuts the pins 37 , 38 and when the lever 17 rests with its flat surface 41 on the ball 42 of the coupling 15 .

Das insoweit beschriebene Meßgerät 1 arbeitet wie folgt und wird folgendermaßen bedient:
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Meßgerät 1 ist der Taststift 3 über die Kupplungseinrichtung 4 für die zu übertragenden Meßkräfte starr an das in dem Gehäuse 2 an geordnete Meßwandlersystem angekoppelt. Beim Antasten von Meßpunkten mit dem Tastkörper 5 werden die Bewegungen des Taststiftes 3, d. h. Schwenkbewegungen um den Hauptdreh punkt H und/oder Axialbewegungen, ohne Verfälschung auf das Meßsystem übertragen. Überschreiten an nahezu belie biger Stelle auf den Taststift einwirkende Kräfte einen Maximalwert, löst sich der lediglich durch die Permanent magnete 34, 35, 40a, 40b, 43 gehaltene Taststift 3, d. h. die Kupplungseinrichtung 4 öffnet.The measuring device 1 described so far operates as follows and is operated as follows:
In the example shown in FIG. 1, measuring device 1, the probe pin 3 is coupled via the coupling means 4 for measuring forces to be transmitted to the rigid in the housing 2 at Meßwandlersystem parent. When probing measuring points with the probe body 5 , the movements of the stylus 3 , ie pivoting movements around the main pivot point H and / or axial movements, are transmitted to the measuring system without falsification. Exceed at a nearly arbitrary point acting forces on the stylus a maximum value, the only by the permanent magnets 34 , 35 , 40 a, 40 b, 43 held stylus 3 , ie the coupling device 4 opens.

Im einzelnen bewirkt eine in Richtung der Längsachse 6 gerichtete, die Maximalkraft überschreitende Kraft ein Ausrasten und Abrutschen der Ringnut 31 von dem Stift 28, womit sich der Taststift 3 nahezu widerstandsfrei ver schieben läßt (in Fig. 1 nach oben). Die Haltekraft der Permanentmagnete läßt spätestens dann signifikant nach, wenn die Anlagestücke 21, 22 aus deren Bereich heraus verschoben sind, wodurch der Taststift 3 von dem übrigen Meßgerät 1 getrennt ist.In particular, a direction directed in the direction of the longitudinal axis 6 , the force exceeding the maximum force causes the ring groove 31 to disengage and slip off the pin 28 , so that the stylus 3 can be pushed almost without resistance (in FIG. 1 upwards). The holding force of the permanent magnets decreases significantly at the latest when the contact pieces 21 , 22 are moved out of their area, whereby the stylus 3 is separated from the rest of the measuring device 1 .

Ähnlich öffnet die Kupplungseinrichtung 4 für alle radial an dem Tastkörper 5 oder dem sich unterhalb des Bodens des Gehäuses 2 erstreckenden Abschnittes des Taststiftes 3 einwirkenden Kräfte. Das Meßwandlersystem und die Lagereinrichtung sind dadurch wirksam vor Über lastung geschützt. Similarly, the coupling device 4 opens for all forces acting radially on the probe body 5 or the section of the stylus 3 extending below the bottom of the housing 2 . The transducer system and the bearing device are thus effectively protected against overload.

Durch die Anordnung des sich zwischen den Kupplungen 11, 12 erstreckenden Abschnittes des Tasters 3 innerhalb der in dem Kantenbereich 7 angeordneten Nut sind selbst Kollisionen von Werkstücken mit dem Meßtaster 1 in dem Kantenbereich 7 relativ ungefährlich für den Meßtaster 1. Hier schützt das den Taststift 3 seitlich übergreifende Gehäuse 2 vor zwischen den Kupplungen 11, 12 angreifenden Druckkräften (radiale Richtung bezüglich der Längsachse 6).Due to the arrangement of the section of the probe 3 extending between the couplings 11 , 12 within the groove arranged in the edge region 7 , even collisions of workpieces with the probe 1 in the edge region 7 are relatively harmless for the probe 1 . Here, the housing 2 , which laterally overlaps the stylus 3, protects against compressive forces acting between the couplings 11 , 12 (radial direction with respect to the longitudinal axis 6 ).

Auf diese Weise ist ein wirksamer Kollisionsschutz erbracht, der bei hoher Präzision bei der Übertragung der Meßwerte eine sehr einfache Bedienung ermöglicht, bei der Kollisionen des Taststiftes 3 mit Hindernissen nicht zur Beschädigung des Meßgerätes 1 führen.In this way, effective collision protection is provided which, with high precision in the transmission of the measured values, enables very simple operation, in the event of collisions of the stylus 3 with obstacles not leading to damage to the measuring device 1 .

Soll der Taststift 3 von dem übrigen Meßgerät 1 abgenommen werden, wird zunächst der Hebel 17 von dem Gehäuse weg geschwenkt. Dabei drückt der Nocken 45 das Anlagestück 22 von den Permanentmagneten 40a, 40b ab, wodurch der Taststift 3 in Radialrichtung frei ver schwenkbar wird. Wird dieser nun von dem Gehäuse 2 weg nach oben verschwenkt, drückt die an dem Anlagestück 21 vorgesehene Zylinderfläche 32 das Anlagestück 21 von den Permanentmagneten 34, 35 ab, so daß sich der Taststift 3 leicht abnehmen läßt.If the stylus 3 is to be removed from the rest of the measuring device 1 , the lever 17 is first pivoted away from the housing. The cam 45 presses the contact piece 22 from the permanent magnets 40 a, 40 b, whereby the stylus 3 is freely pivotable ver in the radial direction. This will now be pivoted from the housing 2 upwardly away 32 presses the pad provided on the cylindrical surface 21, the pad 21 from the permanent magnets 34, 35 decreases so that the stylus 3 is easily removed.

Zum Ankoppeln des Taststiftes 3 oder eines ähnlichen längeren oder kürzeren Taststiftes wird dieser zunächst mit seinem Anlagestück 21 an das Anlagemittel 13 ange setzt, wobei die Permanentmagnete 34, 35 eine Anziehung bewirken. Durch eine gewisse Axialverschiebung rastet die Ringnut 31 an dem Stift 28 ein. Eine leichte Schwenkbewe gung führt den Taststift 3 mit seinem Anlagestück 22 an das Anlagemittel 14. Die dabei entstehende Relativbewe gung zwischen dem Anlagestück 21 und den Stiften 28, 29 bewirkt die Entfernung von im Anlagebereich befindlichem Staub oder ähnlichen Verschmutzungen.To couple the stylus 3 or a similar longer or shorter stylus, this is first set with its contact piece 21 to the contact means 13 , the permanent magnets 34 , 35 causing an attraction. The annular groove 31 engages with the pin 28 by a certain axial displacement. A slight swivel movement leads the stylus 3 with its contact piece 22 to the contact means 14 . The resulting relative movement between the contact piece 21 and the pins 28 , 29 causes the removal of dust or similar contaminants located in the contact area.

Sobald das Anlagestück 22 in den Bereich der Perma nentmagnete 40a, 40b gelangt, ziehen diese das Anlage stück 22 an die Stifte 37, 38. Im letzten Schritt wird nun der Hebel 17 zu der Kupplung 15 geschwenkt, wobei der Taststift 3 eine Drehung um seine Längsachse 6 vollführt. Die dabei an den Kupplungen 11, 12 auftretende Reibung führt zu einer sicheren Positionierung der Anlagestücke 21, 22 an den jeweiligen Stiften 28, 29, 37, 38. Damit ist die Position des Tastkörpers 5 mit guter Reproduzier barkeit auf einfache Weise festgelegt. Das Ansetzen und Abnehmen von Taststiften 3 ist sehr einfach und geht schnell vonstatten.Once the pad 22 nentmagnete in the range of Perma 40 a, b reaches 40, this pull the pad 22 to the pins 37, 38th In the last step, the lever 17 is now pivoted to the coupling 15 , the stylus 3 rotating about its longitudinal axis 6 . The friction occurring on the clutches 11 , 12 leads to a secure positioning of the contact pieces 21 , 22 on the respective pins 28 , 29 , 37 , 38 . So that the position of the probe body 5 with good reproducibility is easily determined. Attaching and detaching styli 3 is very easy and is quick.

Eine alternative Ausführungsform eines Meßgerätes ist in Fig. 6 dargestellt, die ein Konturenmeßgerät 61 veranschaulicht. Dieses ist an einem entsprechend einge richteten, eine vertikal aufragende Säule 62 aufweisenden Stativ 63 gehalten. Das Konturenmeßgerät 61 dient der zweidimensionalen Erfassung von Oberflächenprofilen von Werkstücken, die ruhend auf einem nicht weiter darge stellten, entsprechenden Tisch gehalten sind. Das Kon turenmeßgerät 61 weist zur Abtastung der Oberflächenkon tur eine Tastspitze 64 auf, die an dem freien Ende eines schwenkbar gelagerten Armes 66 gehalten ist, der vorzugs weise durch ein kohlefaserverstärktes Kunststoffrohr (CFK) gebildet ist.An alternative embodiment of a measuring device is shown in FIG. 6, which illustrates a contour measuring device 61 . This is held on a correspondingly aligned, a vertically upstanding column 62 having a stand 63 . The contour measuring device 61 is used for the two-dimensional detection of surface profiles of workpieces which are held at rest on a corresponding table, not shown further. The Kon turenmeßgerät 61 for scanning the surface con ture a probe tip 64 , which is held at the free end of a pivotally mounted arm 66, which is preferably formed by a carbon fiber reinforced plastic tube (CFRP).

Der Arm 66 ist an seinem von der Tastspitze 64 abliegenden Ende in einem Kuppelgehäuse 67 gefaßt. Das Kuppelgehäuse 67 sitzt auf einer um eine Schwenkachse 68 gelagerten Wippe 69 und ist lösbar mit dieser verbunden. Die Wippe 69 wird von einer Linearführung getragen, die innerhalb eines Gehäuses 71 angeordnet ist. Die Linear führung enthält eine nicht weiter dargestellte, bezüglich des Gehäuses 71 und einer an der Säule 62 vorgesehenen höhenverstellbaren Halterung 72 ortsfest gelagerte Füh rungsschiene, auf der ein Schlitten motorgetrieben längs verstellbar gelagert ist. Der Schlitten trägt über eine Schwenklagerung und eine Verbindungswelle die Wippe 69. Die Verbindungswelle durchgreift das Gehäuse 71 bei einer schlitzartigen, parallel zu der Führungsschiene verlau fenden Öffnung 73.The arm 66 is held at its end remote from the stylus tip 64 in a dome housing 67 . The dome housing 67 sits on a rocker 69 mounted about a pivot axis 68 and is detachably connected to it. The rocker 69 is carried by a linear guide which is arranged within a housing 71 . The linear guide contains a guide rail, not shown, with respect to the housing 71 and a height-adjustable holder 72 provided on the column 62 , on which a slide is mounted so as to be longitudinally adjustable in a motor-driven manner. The slide carries the rocker 69 via a swivel bearing and a connecting shaft. The connecting shaft extends through the housing 71 in a slot-like opening 73 parallel to the guide rail.

Das Kuppelgehäuse 67 und die Wippe 69 enthalten eine Kupplungseinrichtung 74, die schematisiert in Fig. 7 veranschaulicht ist. Zu der Kupplungseinrichtung 74 gehören drei voneinander beabstandete, Anlageorte defi nierende Kupplungen 81, 82, 83, zu denen Kupplungsteile 84, 85, 86 auf Seiten der Wippe 69 sowie als Gegenstücke zu diesen dienende Kugeln 87, 88, 89 auf Seiten des Kuppelgehäuses 67 gehören. Das Kuppelgehäuse und die Kugeln 87, 88, 89 sind auch aus Fig. 8 ersichtlich. Eine in dem Kuppelgehäuse 67 angeordnete, die Kugeln 87, 88, 89 starr miteinander sowie mit dem Arm 66 verbindende Halterung 67a ist im einzelnen aus Fig. 8 ersichtlich und in Fig. 7 einschließlich einer Längsachse 91 des Armes 66 lediglich strichpunktiert angedeutet.The dome housing 67 and the rocker 69 contain a coupling device 74 , which is illustrated schematically in FIG. 7. To the coupling device 74 include three spaced-apart, loci-defining couplings 81 , 82 , 83 , which include coupling parts 84 , 85 , 86 on the side of the rocker 69 and counterparts to these serving balls 87 , 88 , 89 on the side of the dome housing 67 . The dome housing and the balls 87 , 88 , 89 can also be seen in FIG. 8. A holder 67 a arranged in the dome housing 67 , which connects the balls 87 , 88 , 89 rigidly to one another and to the arm 66 , can be seen in detail in FIG. 8 and is only indicated in broken lines in FIG. 7 including a longitudinal axis 91 of the arm 66 .

Die im Querschnitt L-förmige Wippe 69 weist einen sich parallel zu der Längsachse 91 des Armes 66 erstrec kenden Auflageschenkel 92 auf, der die beiden in Längs richtung des Armes 66 voneinander beabstandeten Kupp lungshälften oder -teile 84, 85 trägt. Das Kupplungsteil 84 ist eine spärische gewölbte Pfanne, die geringfügig konisch ausgebildet ist, um mit der Kugel 87 eine Linien berührung zu definieren. Demgegenüber ist das Kupplungs teil 85 ein Prisma. Ein von der Schwenkachse 68 und dem Auflageschenkel 92 aufragender Anlageschenkel 93 trägt das Kupplungsteil 86, das als Planfläche ausgebildet ist. The cross-section L-shaped rocker 69 has a parallel to the longitudinal axis 91 of the arm 66 erstrec kenden support leg 92 , the two halves or parts 84 , 85 in the longitudinal direction of the arm 66 spaced hitch be carried. The coupling member 84 is a spherical domed pan that is slightly tapered to define a line contact with the ball 87 . In contrast, the coupling part 85 is a prism. A contact leg 93 projecting from the pivot axis 68 and the support leg 92 carries the coupling part 86 , which is designed as a flat surface.

Den Kupplungsteilen 84, 85 sind jeweils Permanentma gnete 94a, 94b oder Permanentmagnetpaare zugeordnet. Diese sind derart etwas außermittig angeordnet, daß ein die Kupplung 81 in Schließrichtung spannendes Moment entsteht. Die Kupplung 81 kommt damit ohne Permanentma gnet aus, wodurch jedoch im Kollisionsfalle ein besonders leichtes Lösen des Armes 66 erreichbar ist.The coupling parts 84 , 85 are each assigned permanent magnets 94 a, 94 b or permanent magnet pairs. These are arranged somewhat eccentrically in such a way that a torque that excites the clutch 81 in the closing direction is created. The clutch 81 thus does not require permanentma gnet, which, however, makes it particularly easy to release the arm 66 in the event of a collision.

Bedarfsweise kann auch ein dritter Permanentmagnet 94c vorgesehen sein, der an der Kupplung 83 angeordnet ist und diese geschlossen hält.If necessary, a third permanent magnet 94 c can also be provided, which is arranged on the clutch 83 and keeps it closed.

Während die Kugeln 87, 88 im Ausführungsbeispiel auf einer die Spitze 95 der Tastspitze 64 berührenden Linie 91′, die parallel zu der Längsachse 91 des Armes 66 verläuft, oder in deren Nähe angeordnet sind, ist die Kugel 89 in einigem Abstand zu der Linie 91′ angeordnet.While the balls 87 , 88 in the exemplary embodiment are arranged on a line 91 'touching the tip 95 of the stylus 64 , which runs parallel to the longitudinal axis 91 of the arm 66 , or in the vicinity thereof, the ball 89 is at some distance from the line 91 'Arranged.

An der Kupplung 81 ist eine Kugel-Pfanne-Verbindung gebildet, die drei Freiheitsgrade oder Koordinatenrich tungen K1, K2, K3 festlegt. Die hier ausgebildete in Idealfalle linienhafte Berührung zwischen der Kugel 87 und dem Kupplungsteil 84 kann im Realfall auch lückenhaft sein (im Extremfall drei Punktberührungen). An der Kupp lung 82 ist eine Kugel-Prismen-Lagerung definiert, die die Position des Armes 66 in zwei Schwenkrichtungen S1, S2 definiert. An der dritten Kupplung 83 ist lediglich ein Freiheitsgrad festgelegt, der einer Drehung D des Kupplungsgehäuses 67 um die Linie 91′ entspricht. Damit sind insgesamt alle sechs Freiheitsgrade K1, K2, K3, S1, S2, D festgelegt.On the coupling 81 , a ball-socket connection is formed, which defines three degrees of freedom or coordinate directions K1, K2, K3. The contact between the ball 87 and the coupling part 84 , which is formed here in a linear manner in the ideal case, can also be incomplete in the real case (in extreme cases three point contacts). On the hitch be 82 a ball-prism storage is defined, which defines the position of the arm 66 in two pivot directions S1, S2. At the third clutch 83 , only one degree of freedom is determined, which corresponds to a rotation D of the clutch housing 67 about the line 91 '. All six degrees of freedom K1, K2, K3, S1, S2, D are thus determined.

Der Arm 66 und das Kuppelgehäuse 67 sind permanent magnetisch an die Wippe 69 angekoppelt. Überschreitet eine an der Tastspitze 64 oder dem Arm 66 angreifende Kraft die Haltekraft der Permanentmagnete, trennen sich das Kuppelgehäuse 67 und der Arm 66 von der Wippe 69. The arm 66 and the dome housing 67 are permanently magnetically coupled to the rocker 69 . If a force acting on the probe tip 64 or the arm 66 exceeds the holding force of the permanent magnets, the dome housing 67 and the arm 66 separate from the rocker 69 .

Dadurch wird Kollisionsschutz sichergestellt. Die Lager einrichtung, mittels derer die Wippe 69 um die Schwenk achse 68 drehbar gelagert ist, ist so ausgebildet, daß auch senkrecht auf den Auflageschenkel 92 wirkende Kräfte ohne Beschädigungen für die Lagerung-und/oder ein in dem Gehäuse 71 gehaltenes Meßsystem abgefedert werden.This ensures collision protection. The bearing device, by means of which the rocker 69 is rotatably mounted about the pivot axis 68 , is designed such that forces acting perpendicularly on the support leg 92 are cushioned without damage for the bearing and / or a measuring system held in the housing 71 .

Um ein Trennen des Kuppelgehäuses 67 von der Wippe 69 zu erleichtern, sind an dem Kuppelgehäuse zwei vonein ander beabstandete Nockenflächen 96, 97 ausgebildet, die nach einer Trennung der Kupplung 83 wirken. Wie schon bei dem Meßtaster 1 beim Abnehmen des Taststiftes 3, wird auch hier zum Abnehmen des Armes 66 zuerst die Kupplung 83 für den Freiheitsgrad D geöffnet. Dieser stimmt mit keiner Meßrichtung überein, so daß die ausgeübten Kräfte nicht auf das Meßwandlersystem einwirken. Die anderen Kupplungen 81, 82 (11, 12) werden mit Hilfe der Nocken flächen 96, 97 (45, 32) in für das Meßwandlersystem schonender Weise geöffnet.In order to facilitate separation of the dome housing 67 from the rocker 69 , two cam surfaces 96 , 97 spaced apart from one another are formed on the dome housing, which act after the coupling 83 has been separated . As with the probe 1 when the stylus 3 is removed, the coupling 83 is first opened for the degree of freedom D in order to remove the arm 66 . This does not match any direction of measurement, so that the forces exerted do not affect the transducer system. The other clutches 81 , 82 ( 11 , 12 ) are opened with the help of the cam surfaces 96 , 97 ( 45 , 32 ) in a gentle manner for the transducer system.

Es kann ein Satz unterschiedlich langer an Kuppel gehäusen 67 gefaßter Arme 66 vorhanden sein, die bedarfs weise austauschbar sind. Das Ankuppeln erfolgt durch Einsetzen der Kugel 87 in das Kupplungsteil 84, Ver schwenken des Kuppelgehäuses 67 zum Einführen der Kugel 88 in das Kupplungsteil 85 und Drehen des Kuppelgehäuses 67 um die Linie 91′, um die Kugel 89 mit dem Kupplungs teil 86 in Anlage zu bringen. Die dadurch an den einzel nen Lagerstellen auftretenden Reibvorgänge bewirken eine präzise Anlage der Kugeln an den jeweiligen Kupplungs teilen 84, 85, 86.There may be a set of arms 66 of different lengths mounted on dome housings 67 , which are interchangeable as needed. The coupling is done by inserting the ball 87 into the coupling part 84 , pivoting the dome housing 67 for inserting the ball 88 into the coupling part 85 and rotating the dome housing 67 about the line 91 'to the ball 89 with the coupling part 86 in plant bring. The thereby occurring at the individual NEN bearing points cause a precise contact of the balls on the respective coupling parts 84 , 85 , 86th

Jeder Arm 66 ist durch in dem Kuppelgehäuse 67 angebrachte justierte Gewichte 98 (Fig. 8) so vorausgewo gen, daß der Schwerpunkt der aus Arm 66, Kuppelgehäuse 67 und Wippe 69 gebildeten Einheit auf der Schwenkachse 68 liegt. Dies ermöglicht es, das Konturenmeßgerät 61 ohne gesonderte Korrektur in von der Horizontalen abweichenden Lagen zu verwenden.Each arm 66 is so prevailed by attached in the dome housing 67 adjusted weights 98 ( Fig. 8) that the center of gravity of the unit formed by arm 66 , dome housing 67 and rocker 69 is on the pivot axis 68 . This makes it possible to use the contour measuring device 61 in positions deviating from the horizontal without separate correction.

Ein Oberflächenmeßgerät 1 weist ein mittels einer vorzugsweise permanentmagnetischen Kupplungseinrichtung 4 an ein Meßsystem gekoppeltes Tastelement 3 auf. Die Kupplungseinrichtung erbringt einen Kollisionsschutz, indem sie bei an dem Taststift 3 angreifenden Kräften, die eine Maximalkraft überschreiten, automatisch trennt. Die Kupplungseinrichtung 4 enthält insgesamt drei Kupp lungen, von denen die erste drei Freiheitsgrade festlegt, die zweite zwei Freiheitsgrade und die dritte einen Freiheitsgrad festlegt. Die erste und die zweite Kupplung sind bezüglich einer Richtung hintereinander angeordnet, die den beabsichtigten Tastpunkt schneidet. Der Abstand zwischen den Kupplungen ist dabei möglichst groß, wodurch eine ausreichende Basis zur Meßwertübertragung geschaffen wird. Außerdem sind die Kupplungen in möglichst geringem Abstand zu der Längsachse 6 des Tastelementes oder auf dieser Längsachse 6 angeordnet.A surface measuring device 1 has a probe element 3 coupled to a measuring system by means of a preferably permanent magnetic coupling device 4 . The coupling device provides collision protection by automatically separating when forces act on the stylus 3 that exceed a maximum force. The coupling device 4 contains a total of three couplings, of which the first defines three degrees of freedom, the second defines two degrees of freedom and the third defines a degree of freedom. The first and second couplings are arranged one behind the other in a direction that intersects the intended touch point. The distance between the couplings is as large as possible, which creates a sufficient basis for the transmission of measured values. In addition, the couplings are arranged as close as possible to the longitudinal axis 6 of the sensing element or on this longitudinal axis 6 .

Claims

1. measuring device for detecting the profile and / or roughness of a workpiece,
with a housing which contains at least one transducer for converting a mechanical deflection into an electrical signal,
with a movably mounted probe element defining a longitudinal axis with a probe body or a probe tip, the deflection of which is transmitted to the transducer via a coupling device which can be released if necessary, the coupling device comprising several contact locations,
characterized,
that at least two contact locations ( 11 , 12 ; 81 , 82 ) are arranged in a direction ( 6 ; 91 ') one behind the other and at a distance from one another, which is parallel to the longitudinal axis of the probe element ( 3 ; 66 ), and
that the coupling device ( 4 ; 74 ) is formed in such a way that it separates in a direction acting on the sensing element ( 3 ; 66 ), a maximum force exceeding force in any direction.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the two contact locations ( 11 , 12 ; 81 , 82 ) are arranged one behind the other and spaced apart such that they define a line which intersects the probe body ( 5 ) or the probe tip ( 64 ) .

3. Measuring device according to claim 1, characterized in that the two spaced apart locations ( 11 , 12 ; 81 , 82 ) contain a plane which contains the longitudinal direction ( 6 , K2; 91, K2) of the probe element ( 3 ; 66 ).

4. Measuring device according to claim 1, characterized in that the contact locations ( 11 , 12 ; 81 , 82 ) are accessible from outside the housing ( 2 ; 71 ).

5. Measuring device according to claim 1, characterized in that the first location ( 11 ; 81 ) is defined by a coupling ( 11 ; 81 ) which defines the probe element ( 3 ; 66 ) with respect to three degrees of freedom (K1, K2, K3) , while the second location ( 12 ; 82 ) is defined by a coupling ( 12 ; 82 ) which defines the feeler element ( 3 ; 66 ) in two additional degrees of freedom (S1, S2).

6. Measuring device according to claim 5, characterized in that the first clutch ( 11 ; 81 ) the probe element ( 3 ; 66 ) in a first radial direction (K1), in a second radial direction (K3) and in its longitudinal direction (K2) and that the second clutch ( 12 ; 82 ) sets the touch element ( 3 ; 66 ) in two pivot directions (S1, S2) with the first clutch ( 11 ; 81 ) as the pivot center.

7. Measuring device according to claim 5, characterized in that the coupling device ( 4 ; 74 ) on at least one ( 11 ; 81 ) of the two longitudinally spaced couplings ( 11 , 81 ; 12 , 82 ) at least one transducer-side element ( 29 ; 84 ) and that the probe element ( 3 ; 66 ) is assigned an associated contact surface ( 31 ; 87 ), which with respect to the longitudinal direction ( 6 , K2; 91 , K2) of the probe element ( 3 ; 66 ) with the transducer-side element ( 29 ; 84 ) is engaged in the manner of a locking means.

8. Measuring device according to claim 1, characterized in that to the coupling device ( 4 ; 74 ), a third, through a coupling ( 15 ; 83 ) defined location GE listens.

9. Measuring device according to claim 8, characterized in that the third coupling ( 15 ; 83 ) the probe element ( 3 ; 66 ) with respect to a pivoting or rotary movement (D) about a parallel ( 6 ; 91 ') to its longitudinal axis ( 6 , K2; 91 , K2).

10. Measuring device according to claim 1, characterized in that in the coupling of the first location ( 11 ) at least three point contacts between their hitch be elements ( 21 , 28 , 29 ) are formed.

11. Measuring device according to claim 1, characterized in that a line contact between its coupling elements ( 84 , 87 ) are formed in the coupling of the first location ( 81 ).

12. Measuring device according to claim 1, characterized in that in the coupling of the second location ( 12 ; 82 ) two point contacts between their coupling elements ( 22 , 37 , 38 ; 85 , 88 ) are formed.

13. Measuring device according to claim 8, characterized in that the third location ( 15 ; 83 ) is defined by the point contact between a flat surface ( 41 ; 86 ) and a curved surface ( 42 ; 89 ).

14. Measuring device according to claim 1, characterized in that the first and the second location ( 81 , 82 ) are arranged substantially symmetrically to a means defined by a bearing pivot axis ( 68 ) of the Tastele element ( 66 , 64 ).

15. Measuring device according to claim 1, characterized in that the coupling device ( 4 ; 74 ) is held in its coupling position by magnets.

16. Measuring device according to claim 15, characterized in that the magnets are permanent magnets ( 34 , 35 , 40 a, 40 b, 43 ; 94 a, 94 b, 94 c).

17. Measuring device according to claim 1, characterized in that the coupling device ( 4 ; 74 ) at least one between the probe element ( 3 ; 66 ) and its holder acting cam means ( 45 ; 96 , 97 ) for manual separation of the coupling device ( 4 ; 74 ) has.

18. Measuring device according to claim 1, characterized in that both at the first and at the second location ( 11 , 12 ; 81 , 82 ) cam means ( 45 , 32 ; 96 , 97 ) for manual separation of the probe element ( 3 ; 66 ) are arranged from its holder.

19. Measuring device according to claim 1, characterized in that the probe element ( 3 ; 66 ) has a probe arm made of carbon fiber-reinforced plastic.

20. Measuring device according to claim 1, characterized in that in the coupling device ( 4 ; 74 ) from the rest of the measuring device ( 1 ; 61 ) separable probe element ( 3 ; 66 ) with respect to its from a storage device of the Messge device ( 1 ) fixed axis of rotation (H; 68 ) is balanced.

21. The meter in claim 1, characterized net gekennzeich that the focus of the probe element; rotational or pivot axis defined associated pivotable unit on one of a supporting means (3 66) (H; 68) of the scanning element (3; 66) is arranged .