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PATENTANSPRÜCH E
1. Verfahren zum Vermessen der Geometrie eines Werk ,tückes. bei \welchem mehrere Messstellen des Werkstückes mit mindestens einem Messaufnehmer vermessen werden, dadurch gekennzeichnet. dass die Position jeder Messstelle durch je einen vom Messaufnehmer unabhängigen Transmitter auf den Messaufnehmer übertragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Transmitter ein Messaufnehmer angeordnet wird. und dass die Messwerte für alle Messstellen gleichzeitig gemessen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Messaufnehmer entlang einer bzw. je einer vorgegebenen Linie verfahren wird bzw. werden und die Messstellen über die Transmitter nacheinander mit diesem Messaufnehmer bzw. diesen Messaufnehmern vermessen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Vermessen des Werkstückes ein Einstell-Meisterstück vermessen wird, dass die Messwerte dieses Meisterstückes gespeichert werden, und dass anschliessend bei der Vermessung des Werkstückes dessen Messwerte mit den gespeicherten Messwerten verglichen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet. dass vor dem Vermessen des Werkstückes die Transmitter vermessen werden, und dass beim Vermessen des Werkstückes die Messwerte anhand der gespeicherten Daten korrigiert werden.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Halter (6) für den bzw. die Messaufnehmer(4), dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (10) für die als Übertragungsgestänge (8) ausgebildeten Transmitter gegenüber dem Halter (6) austauschbar angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Übertragungsgestänge (8) im Träger (10) ein Messaufnehmer (4) im Halter (6) zugeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messaufnehmer (4) im Halter (6) verschiebbar angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ( 10) aus je einem Trägerele ment (1 Oa-d) pro Übertragungsgestänge (8) besteht, und dass die Trägerelemente vorzugsweise miteinander verbunden sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wechselvorrichtung zum Auswechseln des Trägers (10) vorgesehen ist.
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen eines Werkstückes gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Die heute bekannten Mehr-Stellen-Messgeräte - die eine Erfassung der Ist-Werkstück-Geometrie relativ zu einem Einstell-Meisterstück erlauben - ermöglichen durch die gleichzeitige Aufnahme zahlreicher Messstellen und die mathematische Verknüpfung der Messwerte zu sogenannten Messfunktionen die extrem schnelle Kontrolle komplexer Werkstücke. Die verwendeten Messaufnehmer weisen in der
Regel eine hohe Messauflösung (0,0001 mm) bei einem kleinen Messweg (+- 1 mm) auf und bieten ein sehr günstiges Preisleistungsverhältnis. Dadurch ist es möglich, ein Mehrstellen-Messgerät durch Verwendung der optimalen Anzahl Messaufnehmer auch im Preis zu optimieren.
Da die Aufnehmer und die verwendeten Vorrichtungen sehr robust sind, lassen sich mit solchen Geräten Messungen hoher Genauigkeit auch bei den normalerweise ungünstigen Umgebungsbedingungen in unmittelbarer Nähe der Fertigungs Maschinen erzielen.
Die allgemeine Anwendbarkeit solcher Geräte wird durch zwei Tatsachen eingeschränkt: - Durch die Dimension der Messaufnehmer wird die Aufnahme sehr nahe beieinander liegender Messpunkte verunmöglicht, was in einzelnen Fällen die Lösung der Messaufgabe erschwert oder verunmöglicht.
- Für jedes neue Werkstück ist eine neue Messvorrichtung notwendig, deren Herstellung normalerweise teuer und deren Einrichtung meist mit grossem Zeitaufwand verbunden ist. Es sind auch Bausätze bekannt, mit welchen sich solche Messvorrichtungen aus Einzelelementen aufbauen lassen. Dieser Aufbau ist jedoch ebenfalls zeitaufwendig.
Dies bedeutet, dass solche Geräte nur bei grossen Serien eingesetzt werden können, und dass ihre Integrierbarkeit in automatisierte Fertigungssysteme erschwert ist.
Anderseits sind 3-lCoordinaten-Messgeräte bekannt. Diese Geräte zeichnen sich dadurch aus, dass ein Messaufnehmer in 3 Koordinaten-Richtungen an jeden beliebigen Ort auf dem zu vermessenden Werkstück gefahren werden kann. Die Messungen werden relativ der achseigenen Mess-Lineale d.h.
absolut bezüglich des zu prüfenden Werkstückes durchgeführt. Vom Prinzip her können beliebig viele Messpunkte in beliebig dichter Lage gemessen und verarbeitet werden. Mit den geeigneten mathematischen Methoden (Ausgleichs Rechnung) lassen sich dann extrem aussagefähige Interpretationen der Werkstückfehler erarbeiten. Da die Geräte von CNC gesteuert sind, lassen sie sich problemlos in flexible Fertigungssysteme integrieren. Die Umrüstung auf ein anderes Werkstück erfolgt hauptsächlich durch die Eingabe eines neuen Messprogrammes, was natürlich auch automatisch durch den Leitrechner der flexiblen Fertigungs-Anlage erfolgen kann.
Die allgemeine Anwendbarkeit der 3-Koordinaten-Messgeräte wird durch folgende Tatsachen eingeschränkt: - 3-lCoordinaten-Messgeräte sind Präzisionsgeräte, die nur in klimatisierten Räumen mit gereinigter Luft ihre volle Genauigkeit erreichen. Wenn sie trotzdem unmittelbar integriert in die Fertigung eingesetzt werden sollen, müssen sie speziell gekapselt werden - was die an sich nicht billigen Geräte weiter verteuert -, oder man muss sich mit geringer Messgenauigkeit zufrieden geben.
- Da der Messtaster für jeden einzelnen Messpunkt in 3 Koordinaten-Richtungen neu positioniert werden muss, ergeben sich schon bei relativ wenigen Messpunkten lange Messzeiten. Diese Tatsache verunmöglicht den Einsatz dieser Geräte bei der Fertigung von Werkstücken mit kurzen Taktzeiten, wenn nicht auf eine 100-%-Kontrolle verzichtet werden kann.
- Da die Messwertaufnehmer einen grossen Messweg mit einer hohen Messauflösung kombinieren müssen, sind sie sehr teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der beiden genannten Messverfahren zu vereinigen, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Es soll demnach ermöglicht werden, mit preiswerten Messaufnehmern trotz ihres stark eingeschränkten Messbereichs grosse Dimensionsunterschiede schnell zu erfassen und darüberhinaus eine schnelle Umrüstung auf ein neues Werkstück zu erlauben. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 gelöst.
Das zu vermessende Werkstück wird also nicht direkt, sondern überTransmitter mit dem Messaufnehmer vermessen.
Zweckmässig sind die Transmitter längs ihrer Achse verschiebbare Stangen. Die hinteren Enden dieser Stangen bilden zusammengenommen bezüglich eines Meisterwerkstückes eine Bezugs-Linie oder eine Bezugs-Fläche. Wird danach ein zu messendes Werkstück in die Messvorrichtung eingelegt, so ergeben sich an den hinteren Stangenenden Abweichungen von der Bezugs-Linie bzw. -Fläche, die die Werkstückfehlergenau wiedergeben.
Wenn die Anzahl der Messaufnehmer mindestens der Anzahl der Transmitter entspricht, können alle Messstellen gleichzeitig vermessen werden. Dies ergibt ebenso kurze Taktzeiten wie bei den bekannten Mehrstellen-Messgeräten.
Anderseits ist es auch möglich, einen einzigen Messaufnehmer entlang einer vorgegebenen Linie zu verfahren und dabei die Stellung der Transmitter nacheinander abzutasten.
Weil dabei keine hohen Anforderungen an die Positionie rungsgenauigkeit des Messaufnehmers längs der Linie gestellt werden müssen, können die Messstellen erheblich rascher als beim 3-Koordinaten-Messverfahren abgetastet werden. Die Transmitter können mindestens in einer Dimension sehr klein gebaut werden, so dass Messpunkte in entsprechend dichter Folge übernommen werden können. Da der ganze Aufbau trotz der kleinen Dimensionen sehr robust gestaltet werden kann und da mit einfachen Mitteln eine annähernde Unabhängigkeit der Messresultate von Temperatur und Luftverschmutzung erreicht werden kann, ist ein solches Gerät für die Werkstatt-Umgebung bestens geeignet.
Es ist aber auch möglich, die beiden oben beschriebenen Varianten zu kombinieren und mit einigen wenigen Messaufnehmern eine Vielzahl von Messstellen nacheinander abzutasten. Dies ergibt verkürzte Taktzeiten gegenüber der Messung mit einem einzigen Aufnehmer.
Die Übertragungsgestänge können an ihren den Messaufnehmern zugewendeten Flächen so ausgebildet werden, dass das gewählte Messverfahren bestmögliche Resultate ergibt.
So ist es z.B. möglich, diese Flächen spiegelnd zu gestalten, um optische Messverfahren in optimaler Weise einsetzen zu können. welche bei herkömmlichen Mehrstellen-Messverfahren wegen ungünstiger Werkstückeigenschaften oder -oberflächen häufig nicht einsetzbar sind.
Die Übertragungsgestänge für eine bestimmte Werkstück Geometrie können zu einem magazinierbaren Werkzeug zusammengestellt werden. Wird dann die Grundvorrichtung so gebaut, dass unterschiedliche Übertragungsgestänge Werkzeuge und unterschiedlichste Werkstücke automatisch ausgewechselt werden können, so ist mittels eines entsprechenden Werkzeug-Wechslers eine sehr kurze Umrüstzeit erreichbar und damit die Integrierbarkeit einer solchen Anlage in flexible Fertigungssysteme mit rasch wechselnder Werkstückfolge und mit kurzen Taktzeiten möglich.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand beiliegender Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 und 2 einen Längsschnitt durch je ein Ausführungsbeispiel, und
Fig. 3 einen Träger im Grundriss.
In den Fig. 1 und 2 ist die Erfindung anhand der Vermessung eines Drehkörpers 2 veranschaulicht. Es sind vier Messstellen vorgesehen, und zwar drei Durchmesser-Messungen und eine Längenmessung. Die Positionen der Messstellen werden durch je ein Übertragungsgestänge 8 auf einen Messaufnehmer 4 übertragen. Dabei sind die Übertragungsgestänge drei in einem Träger 10 achsial verschiebbar gelagerte Stangen 8a-c sowie ein im Träger 10 auf einem Stift 16 schwenkbar gelagerter zweiarmiger Hebel 8d.
Bei der Ausführungsform nach Fig. list jedem Übertragungsgestänge 8a-d ein Messaufnehmer 4a-d zugeordnet.
Die Messaufnehmer 4a-c sind in einem Halter 6 fest eingebaut. Ihre Messtaster 12 liegen in Neutralstellung der Messaufnehmer 4a-c in gerader Linie. Die vier Messwerte können hier gleichzeitig erfasst werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist ein einziger Messaufnehmer 4 auf einer in Lagern 6' längsverschiebbaren Stange 18 montiert. Hier werden die Messwerte nacheinander abgetastet, wobei nebst dem Messtaster 12 ein weiterer Taster 14 die Stellung des Messaufnehmers 4 gegenüber einem Messlineal 20 ermittelt, um Ungenauigkeiten und Spiel der Stange 18 zu kompensieren.
Beide Ausführungsformen können geeicht werden, indem vor der Vermessung des Werkstückes 2 ein Einstell-Meisterstück vermessen wird. Wenn die Stellung der Messtaster 12 relativ zur Symmetrieachse 3 des Werkstückes 2 in Neutralstellung der Messaufnehmer 4 genau bekannt ist, reicht jedoch auch die Messung der Länge der Übertragungsstangen 8a-c zur Korrektur der mit den Messaufnehmern 4 ermittelten Messwerte.
Zur Umstellung auf ein Werkstück mit einer anderen Geometrie braucht nun bloss der Träger 10 mit den Übertragungsgestängen 8a-d ausgewechselt zu werden, beispielsweise mittels eines aus dem Werkzeugmaschinenbau bekannten automatischen Werkzeugwechslers. Da die Messgenauigkeit bei den Übertragungsstangen 8a-c kaum von der exakten Positionierung des Trägers 10 abhängt, ist nicht nach jedem Wechsel eine neue Eichung nötig, so dass in rascher Folge verschiedenartige Werkstücke vermessen werden können. Die Positionierung des Trägers 10 hat zwar einen Einfluss auf die Stellung des Übertragungshebels 8d, doch sind die Anforderungen an die Genauigkeit der Längenmessung häufig um eine Grössenordnung geringer als jene an die Genauigkeit der Durchmessermessung.
Falls die achsiale Abstufung der Messstellen bei verschiedenen Werkstücken unterschiedlich ist, können bei der Ausführungsform nach Fig. 1 zusätzliche Messaufnehmer 4 im Halter 6 angebracht sein. Bei der Ausführungsform nach Fig.
2 wird die Bewegung der Stange 18 entsprechend umprogrammiert. Gemäss Fig. 3 ist der Träger 10 aus je einem Trägerelement IOa-d pro Übertragungsgestänge 8a-d sowie Zwischenstücken 1 la-c zusammengebaut.
Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 wird die Vermessung eines Achsialschnittes eines Rotationskörpers, also die Vermessung in einer Ebene, durch die Übertragungsgestänge auf die Vermessung von Abweichungen von einer geraden Linie reduziert. In analoger Weise lässt sich die räumliche Vermessung eines Werkstückes auf die Vermessung von Abweichungen von einer Ebene reduzieren, wobei bei einer Ausführungsform analog Fig. 2 beispielsweise der Messaufnehmer 4 längs einer Ebene geführt wird, z.B. mittels eines Kreuzschlittens. Es ist jedoch auch möglich, mehrere längs einer Achse geführte Messaufnehmer 4 nebeneinander anzuordnen.
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PATENT CLAIM E
1. Method for measuring the geometry of a work, piece. at which several measuring points of the workpiece are measured with at least one sensor, characterized. that the position of each measuring point is transmitted to the measuring sensor by a transmitter that is independent of the measuring sensor.
2. The method according to claim 1, characterized in that a sensor is arranged for each transmitter. and that the measured values for all measuring points are measured simultaneously.
3. The method according to claim 1, characterized in that one or more sensors is or are moved along or respectively a predetermined line and the measuring points are measured in succession via the transmitter with this sensor or these sensors.
4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a measuring masterpiece is measured before the measurement of the workpiece, that the measured values of this masterpiece are stored, and that the measured values are then compared with the stored measured values when measuring the workpiece will.
5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized. that the transmitters are measured before measuring the workpiece, and that the measured values are corrected on the basis of the stored data when measuring the workpiece.
6. Device for performing the method according to one of claims 1 to 5, with a holder (6) for the sensor or sensors (4), characterized in that a carrier (10) for the transmitter as a transmission linkage (8) formed opposite the holder (6) is arranged interchangeably.
7. The device according to claim 6 for performing the method according to claim 2, characterized in that each transmission linkage (8) in the carrier (10) is associated with a sensor (4) in the holder (6).
8. The device according to claim 6 for performing the method according to claim 3, characterized in that the sensor (4) in the holder (6) is arranged displaceably.
9. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the carrier (10) consists of one Trägerele element (1 Oa-d) per transmission linkage (8), and that the carrier elements are preferably connected to one another.
10. Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that a changing device for changing the carrier (10) is provided.
DESCRIPTION
The invention relates to a method for measuring a workpiece according to the preamble of claim 1 and a device for carrying out the method according to the preamble of claim 6.
The multi-position measuring devices known today - which allow the actual workpiece geometry to be recorded relative to a setting masterpiece - enable the extremely fast control of complex workpieces by simultaneously recording numerous measuring points and mathematically linking the measured values to so-called measuring functions. The sensors used point in the
Usually a high measuring resolution (0.0001 mm) with a small measuring path (+ - 1 mm) and offer a very favorable price-performance ratio. This makes it possible to optimize the price of a multi-point measuring device by using the optimal number of sensors.
Since the transducers and the devices used are very robust, such devices can be used to achieve high-precision measurements even in the normally unfavorable environmental conditions in the immediate vicinity of the production machines.
The general applicability of such devices is limited by two facts: - The dimension of the measuring sensor makes it impossible to record measuring points that are very close to one another, which in some cases makes it difficult or impossible to solve the measuring task.
- For each new workpiece, a new measuring device is necessary, the production of which is normally expensive and the set-up is usually time-consuming. Kits are also known with which such measuring devices can be constructed from individual elements. However, this structure is also time consuming.
This means that such devices can only be used in large series and that their integration into automated production systems is difficult.
On the other hand, 3-l coordinate measuring devices are known. These devices are characterized by the fact that a sensor can be moved in 3 coordinate directions to any location on the workpiece to be measured. The measurements are relative to the axis-specific measuring rulers, i.e.
carried out absolutely with regard to the workpiece to be tested. In principle, any number of measuring points can be measured and processed in any dense position. With the appropriate mathematical methods (compensation calculation), extremely meaningful interpretations of the workpiece defects can then be worked out. Since the devices are controlled by CNC, they can be easily integrated into flexible manufacturing systems. The changeover to another workpiece is mainly carried out by entering a new measuring program, which of course can also be done automatically by the master computer of the flexible manufacturing system.
The general applicability of the 3-coordinate measuring devices is limited by the following facts: - 3-l coordinate measuring devices are precision devices which only achieve their full accuracy in air-conditioned rooms with cleaned air. If they are nevertheless to be used directly integrated into the production process, they have to be specially encapsulated - which further increases the cost of the devices, which are not cheap in themselves - or you have to be satisfied with low measurement accuracy.
- Since the measuring probe has to be repositioned in 3 coordinate directions for each individual measuring point, long measuring times result even with relatively few measuring points. This fact makes it impossible to use these devices in the production of workpieces with short cycle times, if a 100% inspection cannot be dispensed with.
- Since the sensors have to combine a large measuring path with a high measuring resolution, they are very expensive.
The invention has for its object to combine the advantages of the two measurement methods mentioned, without having to accept their disadvantages. It should therefore be possible to quickly detect large dimensional differences with inexpensive sensors despite their severely restricted measuring range and also to allow a quick changeover to a new workpiece. This object is achieved with the characterizing features of claims 1 and 6.
The workpiece to be measured is therefore not measured directly, but via transmitter with the sensor.
The transmitters are expediently displaceable rods along their axis. The rear ends of these rods taken together form a reference line or surface with respect to a masterpiece. If a workpiece to be measured is then inserted into the measuring device, there are deviations from the reference line or surface at the rear rod ends, which accurately reproduce the workpiece errors.
If the number of sensors corresponds at least to the number of transmitters, all measuring points can be measured simultaneously. This results in short cycle times as with the known multi-position measuring devices.
On the other hand, it is also possible to move a single sensor along a predetermined line and to scan the position of the transmitters one after the other.
Because there are no high demands on the positioning accuracy of the sensor along the line, the measuring points can be scanned much faster than with the 3-coordinate measuring method. The transmitters can be made very small in at least one dimension, so that measuring points can be taken over in a correspondingly dense sequence. Since the entire structure can be made very robust despite the small dimensions and because the measurement results can be almost independent of temperature and air pollution with simple means, such a device is ideally suited for the workshop environment.
However, it is also possible to combine the two variants described above and to scan a large number of measuring points in succession with a few sensors. This results in shorter cycle times compared to the measurement with a single transducer.
The transmission linkages can be designed on their surfaces facing the measuring sensors in such a way that the selected measuring method gives the best possible results.
So it is e.g. possible to make these surfaces reflective in order to be able to use optical measuring methods in an optimal way. which are often not usable with conventional multi-point measuring methods due to unfavorable workpiece properties or surfaces.
The transmission linkage for a specific workpiece geometry can be put together to form a magazine tool. If the basic device is then built in such a way that different transmission linkages, tools and a wide variety of workpieces can be exchanged automatically, a very short changeover time can be achieved by means of a corresponding tool changer and thus the integration of such a system into flexible production systems with a rapidly changing workpiece sequence and with short cycle times possible.
Two exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the attached drawing. It shows:
1 and 2 a longitudinal section through an embodiment, and
Fig. 3 shows a carrier in the floor plan.
1 and 2, the invention is illustrated by measuring a rotating body 2. Four measuring points are provided, namely three diameter measurements and one length measurement. The positions of the measuring points are each transmitted to a measuring sensor 4 by a transmission linkage 8. The transmission linkages are three rods 8a-c mounted axially displaceably in a carrier 10 and a two-armed lever 8d pivotably mounted in the carrier 10 on a pin 16.
In the embodiment according to FIG. 1, a measuring sensor 4a-d is assigned to each transmission linkage 8a-d.
The sensors 4a-c are permanently installed in a holder 6. Their measuring probes 12 are in the neutral position of the sensors 4a-c in a straight line. The four measured values can be recorded here simultaneously.
In the embodiment according to FIG. 2, a single measuring sensor 4 is mounted on a rod 18 which is longitudinally displaceable in bearings 6 '. Here, the measured values are sampled one after the other, and in addition to the probe 12, another probe 14 determines the position of the sensor 4 relative to a measuring ruler 20 in order to compensate for inaccuracies and play in the rod 18.
Both embodiments can be calibrated by measuring an adjustment masterpiece before measuring the workpiece 2. If the position of the measuring probes 12 relative to the axis of symmetry 3 of the workpiece 2 in the neutral position of the measuring sensors 4 is exactly known, however, the measurement of the length of the transmission rods 8a-c is also sufficient to correct the measured values determined with the measuring sensors 4.
To convert to a workpiece with a different geometry, it is now only necessary to replace the carrier 10 with the transmission linkages 8a-d, for example by means of an automatic tool changer known from machine tool construction. Since the measuring accuracy of the transmission rods 8a-c hardly depends on the exact positioning of the carrier 10, a new calibration is not necessary after every change, so that different types of workpieces can be measured in rapid succession. The positioning of the carrier 10 has an influence on the position of the transmission lever 8d, but the requirements for the accuracy of the length measurement are often an order of magnitude lower than those for the accuracy of the diameter measurement.
If the axial gradation of the measuring points is different for different workpieces, additional measuring sensors 4 can be fitted in the holder 6 in the embodiment according to FIG. 1. In the embodiment according to Fig.
2, the movement of the rod 18 is reprogrammed accordingly. 3, the carrier 10 is assembled from one carrier element IOa-d per transmission linkage 8a-d and intermediate pieces 1 la-c.
In the embodiments according to FIGS. 1 and 2, the measurement of an axial section of a rotating body, that is to say the measurement in one plane, is reduced by the transmission linkage to the measurement of deviations from a straight line. The spatial measurement of a workpiece can be reduced in an analogous manner to the measurement of deviations from one plane, whereby in one embodiment analogous to FIG. 2, for example, the sensor 4 is guided along a plane, e.g. using a cross slide. However, it is also possible to arrange a plurality of measuring sensors 4 which are guided along an axis next to one another.