DE3406212C2 - Ultrasonic measuring device for measuring the shape of a surface with a stylus - Google Patents
Ultrasonic measuring device for measuring the shape of a surface with a stylusInfo
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Abstract
Beschrieben wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Form einer Oberfläche mit Hilfe einer Tastnadel mit Tastspitze, die längs der auszumessenden Oberfläche entlanggeführt wird. An der Tastnadel ist ein Ultraschallsender befestigt, der in kurzen Abständen hintereinander impulsartige Ultraschall-Druckwellen aussendet, die von mehreren Ultraschallempfängern empfangen werden. Ein Rechner ist vorgesehen, der über ein geeignetes Programm die Laufzeiten der Stoßimpulse berechnet und daraus über den momentanen Ort des Ultraschallsenders den momentanen Ort der Tastnadelspitze. Diese Messungen werden kurzzeitig nacheinander wiederholt, woraus sich die Form der während der Meßzeit abgetasteten Linie ergibt. Diese wird geeignet dargestellt, beispielsweise über einen Monitor, durch ausgedruckte Koordinaten, usw.A method and a device are described for measuring the shape of a surface with the aid of a wand with a probe tip, which is guided along the surface to be measured. An ultrasonic transmitter is attached to the wand, which sends out pulse-like ultrasonic pressure waves at short intervals, which are received by several ultrasonic receivers. A computer is provided which uses a suitable program to calculate the duration of the shock impulses and, from this, the current location of the wand tip via the current location of the ultrasonic transmitter. These measurements are repeated briefly one after the other, from which the shape of the line scanned during the measurement time results. This is displayed in a suitable manner, for example on a monitor, by means of printed coordinates, etc.
Description
Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Meßgerät zum Messen der Form einer Oberfläche in wenigstens zwei Koordinaten mit einem an der zu messenden Oberfläche von Hand entlang bewegten Taststift mit einer Tastspitze und mit menreren Ultraschallsendern bzw. -empfängern am Taststift, ferner mit we:igstens einem raumfest angeordneten Ultraschpllempfänger bzw. -sender und mit einem Rechner, der aus d-Ji Laufzeiten von Ultraschallimpulsen zwischen den Ultraschallsendern und den Uitraschailempfängern die Lage des jeweils abgetasteten Punktes im Raum bestimmt.The invention relates to an ultrasonic measuring device for measuring the shape of a surface in at least two Coordinates with a stylus with a stylus tip moved by hand along the surface to be measured and with menreren ultrasonic transmitters or receivers on the stylus, furthermore with at least one fixed in space arranged ultrasonic receiver or transmitter and with a computer, which from d-Ji transit times of Ultrasonic pulses between the ultrasonic transmitters and the Uitraschail receivers determine the location of each scanned point determined in space.
Ein derartiges Meßgerät beschreibt die DE-OS 24 22 837. Der Taststift ist an seiner Spitze aus seiner Längsachse seitlich abgebogen und bildet dann die Tastspitze aus. Über die Länge des Taststiftes verteilt sind dort zwei Ultraschallsender angeordnet, die zusammen mit der Tastspitze auf einer Geraden liegen.Such a measuring device is described in DE-OS 24 22 837. The stylus is at its tip from its Longitudinal axis bent laterally and then forms the probe tip. Are distributed over the length of the stylus There two ultrasonic transmitters are arranged, which lie on a straight line together with the probe tip.
Heute handelsübliche Ultraschallsender haben eine Keulencharakteristik. Wenn man dieses bekannte Meßgerät daher mit derartigen Ultraschallsendern mit Keulencharakteristik ausrüstet, so muß man beim Ausmessen der Oberfläche sehr sorgfältig darauf achten, daß der den beiden Sendern gegenüberliegende Empfänger stets im Beschallungsbereich der Sender liegt. Wünschenswert wären also eigentlich Ultraschallsender mit einer Kugelcharakteristik ihrer Abstrahlung. Diese sind aber heute weder handelsüblich und hätten, auch wenn man sie als Sonderkonstruktionen einsetzen würde, den Nachteil, daß ihre Schallintensität schon nach verhältnismäßig geringer Entfernung sehr stark abfallen würde, wenn man nicht den Nachteil in Kauf nehmen will, daß man die Sender mit sehr hoher Leistung betreibt, was wiederum Sicherheitsprobleme bezüglich der dann anzuwendenden hohen Spannungen mit sich bringen könnte bzw. die Sender auch zu hoch belasten könnte.Ultrasonic transmitters that are commercially available today have a lobe characteristic. If you have this well-known measuring device therefore equipped with such ultrasonic transmitters with a lobe characteristic, you have to measure them Pay close attention to the surface that the receiver opposite the two transmitters is always in the sound reinforcement area of the transmitter. So it would actually be desirable to have ultrasound transmitters an omnidirectional characteristic of its radiation. However, these are not commercially available today and should have, even if one would use them as special constructions, the disadvantage that their sound intensity is already proportionate would drop very sharply at a short distance if one does not want to accept the disadvantage, that one operates the transmitter with very high power, which in turn leads to security problems with regard to the then the high voltages to be applied or the transmitter could also be too stressful.
Die Druckschriften JP-Abstracts 57-94607 und JP-Abstracts 55-71905 beschreiben bereits einen Taster eines Oberflächen abtastenden Meßgeräts, der in einer Buchse geführt ist. Dort werden die Oberflächen jeweils in zwei Koordinaten bei zunächst festgehaltener, schrittweiser weitergeschalteter dritter Koordinate ab-The publications JP abstracts 57-94607 and JP abstracts 55-71905 already describe a button of a Surface scanning measuring device which is guided in a socket. There the surfaces are respectively in two co-ordinates with the third co-ordinate initially retained, step-by-step
getastet.groped.
Die US-PS 24 45 041 beschreibt bereits die Reproduzierung von Höhenlinien entsprechenden Umrissen bei festgehaltener z-Koordinate.The US-PS 24 45 041 already describes the reproduction of contour lines corresponding outlines recorded z-coordinate.
Ausgehend von einem Ultraschall-Meßgerät der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, dieses so zu verbessern, daß bei Verwendung handelsüblicher Ultraschallsender mit Keulencharakteristik in Luft eine gute Handhabbarkeit des Ta^tstiftesStarting from an ultrasonic measuring device of the type mentioned at the outset, the object of the invention is based on improving this so that when using commercially available ultrasonic transmitters with lobe characteristics easy handling of the stylus in air
ίο gegeben ist.ίο is given.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Handhabbarkeit des Taststiftes und bei Verwendung handelsüblicher Ultraschallsender mit Keulencharakteristik in Luft wenigstens drei der in einer Ebene angeordneten Ultraschallsender bzw. -empfänger an dem der Tastspitze gegenüberliegenden Ende des Taststiftes befestigt sind, denen wenigstens vier der Ultraschallempfänger bzw. -sender gegenüberliegen.To solve this problem, the invention is characterized in that to improve the handling of the stylus and when using commercially available ultrasonic transmitters with beam characteristics in air at least three of the ultrasonic transmitters or receivers arranged in one plane on that of the probe tip opposite end of the stylus are attached to which at least four of the ultrasonic receivers or transmitters are opposite.
Weil die Ultraschallsender bzw. -empfänger an dem der Tastspitze gegenüberliegenden Ende des Taststiftes befestigt sind, behindert die den Taststift führende Hand nicht die Abstrahlung der Schallimpulse bzw. deren Empfang. Weil an dem Taststift wenigstens drei der Ultraschallsender bzw. -empfänger angebracht sind, und zwar in einer Ebene, werden alle Bewegungen des Taststiftes durch eine entsprechende Verschiebung dieser drei Meßpunkte gemessen, und zwar einschließlich eines Kippens und von Drehungen des Taststiftes. Weil den Ultraschallsendern bzw. -empfängern des Taststiftes wenigstens vier der Ultraschallempfänger bzw. -sender gegenüberliegen, wird eine ausreichend große Empfangs- bzw. Sendeebene aufgespannt, wodurch sich ebenfalls eine große Freiheit in der Bewegung des Tast-Stiftes beim Meßvorgang ergibt. Im allgemeinen genügen drei dieser Ultraschallempfänger bzw. -sender, während der vierte Empfänger bzw. Sender als Redundanz dient. Man kann also handelsübliche Ultraschallsender verwenden, die in Luft eine Keulencharakteristik haben, ohne die Nachteile an und für sich erstrebenswerter Ultraschallsender mit einer Kugelform angenäherten Abstrahlungscharakteristik in Kauf nehmen zu müssen. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigtBecause the ultrasonic transmitter or receiver is at the end of the stylus opposite the stylus tip are attached, the hand leading the stylus does not hinder the radiation of the sound pulses or their Reception. Because there are at least three of the ultrasonic transmitters on the stylus or receivers are attached, in one plane, all movements of the stylus measured by shifting these three measuring points accordingly, including one Tilting and turning of the stylus. Because the ultrasonic transmitters and receivers of the stylus at least four of the ultrasonic receivers or transmitters are opposite each other, a sufficiently large reception or transmission level spanned, which also creates a great deal of freedom in the movement of the stylus results in the measuring process. In general, three of these ultrasonic receivers or transmitters are sufficient during the fourth receiver or transmitter serves as redundancy. So you can use commercially available ultrasonic transmitters use, which have a lobe characteristic in air, without the disadvantages in and of itself more desirable Having to accept an ultrasonic transmitter with a radiation characteristic approximated to a spherical shape. The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. It shows
F i g. 1 perspektivisch und schematisch den grundsätzlichen Aufbau eines neuartigen Meßgeräts;F i g. 1 shows, in perspective and schematically, the basic structure of a new type of measuring device;
F i g. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Meßverfahrens, das bei diesem Meßgerät zur Anwendung kommt, wobei zur Vsreinfachung eine eindimensionale Meßschranke angenommen wurde;F i g. 2 shows a block diagram to explain the measuring method used in this measuring device comes, whereby a one-dimensional measuring limit was assumed for simplification;
F i g. 3 perspektivisch in gegenüber F i g. 1 vergrößertem Maßstab eine abgeänderte Ausführungsform eines Taststiftes.F i g. 3 in perspective in relation to FIG. 1 shows, on an enlarged scale, a modified embodiment of a Stylus.
Zunächst sei das Meßverfahren in seinen Grundzügen anhand von F i g. 2 erläutert, die, wie erwähnt, eine
nur eindimensionale Meßstrecke zeigt mit einem einzigen Ultraschallsendcr 1 und einem einzigen Ultraschallempfänger
2.
Ein frei schwingender Oszillator 3, der beispielsweise auf eine Frequenz von 25 Hz eingestellt ist, gibt an einen
Senderverstärker 4 beispielsweise alle 40 msec einen Startimpuls, worauf der Sender 1 dann ein Ultraschallsignal
abgibt. Gleichzeitig wird ein Zähler 5 auf Null gesetzt, der daraufhin die Impulse eines Quarzoszillators 6
zu zählen beginnt. Der Oszillator 6 schwingt beim angenommenen Beispiel mit 3,438 MHz.First of all, let us consider the basic features of the measuring method based on FIG. 2, which, as mentioned, shows an only one-dimensional measuring section with a single ultrasonic transmitter 1 and a single ultrasonic receiver 2.
A freely oscillating oscillator 3, which is set, for example, to a frequency of 25 Hz, sends a start pulse to a transmitter amplifier 4, for example every 40 msec, whereupon the transmitter 1 then emits an ultrasonic signal. At the same time, a counter 5 is set to zero, which then begins to count the pulses of a crystal oscillator 6. In the assumed example, the oscillator 6 oscillates at 3.438 MHz.
Nach einer bestimmten Laufzeit des vom Sender 1 abgegebenen Ultraschallimpulses, welche Laufzeit vonAfter a certain transit time of the ultrasonic pulse emitted by the transmitter 1, which transit time of
der Entfernung zwischen Sender und Empfanger abhängt, wird der Impuls im Empfänger 2 empfangen. In diesem Augenblick sendet der Empfänger 2 ein Übernahmesignal an einen Zwischenspeicher 7 (Latch-Zwischenspeicher), der daraufhin den gegenwärtigen Zählerstand des Zählers 5 (Ober die Leitung 8) übernimmt. Das Empfangssignal ist vorher in einem Empfängerverstärker 9 verstärkt worden. Der vom Zähler 5 in den Zwischenspeicher 7 übernommene Zählerstand wird im Speicher 7 bis zum entsprechenden Impuls bei der nächsten Einzelmessung gespeichert. Ein Treiber (Decoder-Treiber) stellt den Inhalt des Speichers 7 jeweils auf einer Anzeige 10 dar. Dies ist beispielsweise ein Sieben-Segment-Leuchtdioden-Display. depends on the distance between transmitter and receiver, the impulse is received in receiver 2. In At this moment, the receiver 2 sends an acceptance signal to a buffer 7 (latch buffer), which then takes over the current count of counter 5 (over line 8). The received signal has previously been amplified in a receiver amplifier 9. The from counter 5 in the Counter reading taken over from intermediate memory 7 is stored in memory 7 up to the corresponding pulse in the next Single measurement saved. A driver (decoder driver) sets up the content of the memory 7 in each case a display 10. This is, for example, a seven-segment light-emitting diode display.
Da die Schallgeschwindigkeit in Luft (bei einer Temperatur von 20° C) genau 343,8 m pro Sekunde beträgt, zeigt die Anzeige 10 die Entfernung zwischen Sender 1 und Empfänger 2 in ein Zehntel mm an. Die Temperaturabhängigkeit beträgt dabei 0,2% pro 1° Temperaturdifferenz, gemessen in Grad Celsius. Mit anderen Worten wird die Anzeige durch die Abstimmung der Schwingungen des Oszillators 6 auf die Schallgeschwindigkeit in Luft vereinfacht. Der Oszillator b kann in seiner Schwingungsfrequenz auch so geregelt werden, daß er die erwähnte Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit in Luft selbsttätig berücksichtigt. Natürlich kann er auch auf andere Frequenzen eingestellt werden, wobei dann die Anzeige 10 entsprechend geeicht werden muß.Since the speed of sound in air (at a temperature of 20 ° C) is exactly 343.8 m per second, the display 10 shows the distance between transmitter 1 and receiver 2 in a tenth of a millimeter. The temperature dependence is 0.2% per 1 ° temperature difference, measured in degrees Celsius. In other words the display is made by matching the vibrations of the oscillator 6 to the speed of sound simplified in air. The oscillator b can also be regulated in its oscillation frequency in such a way that that it automatically takes into account the aforementioned temperature dependence of the speed of sound in air. Of course, it can also be set to other frequencies, the display 10 then correspondingly must be calibrated.
Auf die beschriebene Weise erhält man somit in der Anzeige i0 die Entfernung zwischen Sender 1 und Empfänger 2, und zwar bei diesem Beispiel auf Zehntel Millimeter genau. Wiederholt man die vorstehend beschriebene Entfernungsmessung bei sich bewegendem SenderIn the manner described, the distance between the transmitter 1 and the receiver is thus obtained in the display i0 2, in this example accurate to a tenth of a millimeter. Repeat the above Distance measurement with the transmitter moving
1 und/oder Empfänger 2, so gibt die Anzeige 10 anschließend die neue Entfernung wieder. Weil der Oszillator 3 als Zeitgeber wirkt und beispielsweise mit einer Frequenz von 25 Hz schwingt, werden die Messungen beim angegebenen Beispiel 25 mal pro Sekunde wiederholt. Dies ergibt eine sehr gute Darstellung bei nicht zu schnellen Bewegungen zwischen Sender 1 und Empfänger 2.1 and / or recipient 2, the display 10 then shows the new distance. Because the oscillator 3 acts as a timer and oscillates, for example, at a frequency of 25 Hz, the measurements repeated 25 times per second in the example given. This gives a very good display when not too rapid movements between transmitter 1 and receiver 2.
Die Anzeige 10 kann beispielsweise auch als Analogschreiber, Femsehschirm-Monitor und/oder Drucker ausgebildet sein. Weil im Speicher 7 alle Daten zur Verfügung stehen, können daraus auch andere Größen abgeleitet werden, beispielsweise die Geschwindigkeit, mit der sich der Abstand zwischen Sender 1 und EmpfängerThe display 10 can also be used, for example, as an analogue writer, television monitor and / or printer be trained. Because all the data are available in the memory 7, other variables can also be derived therefrom be, for example, the speed with which the distance between transmitter 1 and receiver
2 ändert, die daraus abgeleitete Beschleunigung usw. Alles dies kann ebenfalls zur Anzeige gebracht, werden. Der Baustein 7 ist dann kein reiner Speicher mehr, sondern wird zu einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage (EDV-Anlage) ausgebaut.2 changes, the acceleration derived therefrom, etc. All of this can also be displayed. The module 7 is then no longer a pure memory, but becomes an electronic data processing system (EDP system) expanded.
Verwendet man nun nicht nur einen Empfänger 2, sondern drei räumlich voneinander getrennte Empfänger, die raumfest angeordnet sind, und gibt man in die EDV-Anlage deren Abstände relativ zu einem vorgegebenen Koordinatensystem ein, so kann man auch die Bewegung des Senders 1 im Raum messen. Bei diesem Beispiel wird angenommen, daß der Sender 1 bewegt wird und die Empfänger 2 raumfest angeordnet sind. Es ist aber auch eine umgekehrte Anordnung mit raumfestem Sender 1 und beweglichen Empfängern 2 grundsätzlich möglich, wenngleich von der Software der EDV-Anlage her aufwendiger.If you now use not just one receiver 2, but three spatially separated receivers, which are arranged in a fixed manner, and the distances between them are entered in the EDP system relative to a predetermined one Coordinate system, you can also measure the movement of transmitter 1 in space. With this one For example, it is assumed that the transmitter 1 is moved and the receivers 2 are fixed in space. It but is also a reverse arrangement with a spatially fixed transmitter 1 and movable receivers 2 in principle possible, although the software of the EDP system is more complex.
Dieses Prinzip m°.cht man sich nun bei dem erfindungsgemäßen Tastgerät nach F i g. I zunutze. Dort soll die Oberfläche eines Pruliings 11 ausgemessen werden.This principle can now be used in the case of the invention Tasting device according to FIG. I take advantage of. The surface of a pellet 11 is to be measured there.
F i g. 1 zeigt, daß dessen Oberfläche in allen drei Dimensionen gebogen ist. Mit dem beschriebenen Gerät können aber auch die Oberflächen von einfacheren Körpern ausgemessen werden, deren Dimensionen sich beispielsweise in einer Achse nicht ändern.F i g. 1 shows that its surface is curved in all three dimensions. With the described device you can but also the surfaces of simpler bodies are measured, the dimensions of which are, for example do not change in an axis.
Ein Taststift 12 ist an seinem unteren Ende mit einer Tastspitze 13 versehen, die die Oberfläche 14 des Prüflings 11 längs vorgegebener Linien abtastet. In einem vorgegebenen rechtwinkeligen Koordinatensystem steht der Taststift 12 senkrecht. An seinem oberen Ende ist der Sender 1 befestigt. Dieser strahlt Ultraschall-Druckimpulswellen mit möglichst guter Annäherung an eine Kugelcharakteristik aus, die bei diesem Beispiel von vier der Empfänger 2 aufgenommen werden. Es wurde bereits erläutert, daß für eine räumliche Abtastung der Oberfläche 14 wenigstens drei der Empfänger 2 notwendig sind. Der vierte Empfänger dient zur Überprüfung. A stylus 12 is provided at its lower end with a stylus tip 13, which the surface 14 of the test object 11 along predetermined lines. In one predetermined right-angled coordinate system, the stylus 12 is perpendicular. At its upper end the transmitter 1 is attached. This emits ultrasonic pressure pulse waves with the best possible approximation to an omnidirectional characteristic, which in this example four of the receivers 2 are included. It has already been explained that for spatial scanning the surface 14 at least three of the receivers 2 are necessary. The fourth recipient is used for verification.
Der EDV-Anlage hat man den (festen) Abstand zwisehen der Tastspitze 13 und dem Sender 1 des Taststiftes 12 eingegeben. Auf die vorsteh'.r^J im Zusammenhang mit F i g. 2 beschriebene Weise wirr1 somit die Bewegung des Senders 1 gemessen, die über die bekannte Entfernung zwischen Sender 1 und Tastspitze 13 auf die Bewegung der Tastspitze 13 umgerechnet wird. Deren Bewegi'fig über der auszumessenden Oberfläche 14 des Prüflings 11 kann dann auf der Anzeige 10 zur Darstellung gebracht werden.The computer system has entered the (fixed) distance between the stylus tip 13 and the transmitter 1 of the stylus 12. On the vorsteh'.r ^ J in connection with F i g. Manner described confused 2 1 thus which is converted via the known distance between the transmitter 1 and the probe tip 13 to the movement of the stylus 13, the movement of the transmitter 1 is measured. Their movement over the surface 14 of the test object 11 to be measured can then be displayed on the display 10.
Die Empfänger 2 müssen nicht in einer Ebene angeordnet werden, wie zeichnerisch dargestellt. Sie sollen so angeordnet werden, daß bei allen praktisch vorkommenden Fällen jeder der Empfänger — oder doch zumindest drei dieser Empfänger — ständig die Ultraschallimpulse empfangen, deren Wege zwischen Sender und Empfänger bei Pos. 15 angedeutet sind. Ordnet man mehr als sechzehn Empfänger an, so wird der Aufwand für die Datenverarbeitung unverhältnismäßig groß. Versuche haben gezeigt, daß man sehr gute Ergebnisse mit den gezeigten vier Empfängern erhält.The receivers 2 do not have to be arranged in one plane, as shown in the drawing. You should be arranged in such a way that in all practical cases each of the recipients - or at least at least three of these receivers - constantly receiving the ultrasonic pulses, their paths between transmitters and receiver are indicated at item 15. If you arrange more than sixteen recipients, the effort increases disproportionately large for data processing. Tests have shown that you can get very good results with the four receivers shown.
Für den Taststift 12 ist eine Führung längs der auszumessenden Oberfläche 14 vorgesehen, die beim gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls in den drei kartesischen Koordinaten angelegt ist. Hierzu ist der Taststift 12 in einer Führungsbuchse 16 derart gehalten, daß er in der z-Richtung frei verschoben werden kann.For the stylus 12, a guide is to be measured along the Surface 14 is provided, which in the embodiment shown also in the three Cartesian Coordinates is created. For this purpose, the stylus 12 is held in a guide bush 16 such that it is in the z-direction can be moved freely.
Die Führungsbuchse 16 ist starr an einem Haltearm 17 befestigt, an dessen anderem Ende eine weitere Führungsbuchse 18 vorgesehen ist. Die Führungsbuchse 18 ist wiederum frei verschiebbar längs einer Verbindungsso stange 19, die sich in der x-Richtung erstreckt.The guide bush 16 is rigidly attached to a holding arm 17, at the other end of which there is a further guide bush 18 is provided. The guide bush 18 is in turn freely displaceable along a connection so rod 19 extending in the x direction.
An den Enden der Verbindungsstange 18 sind weitere Führungsbuchsen 20 vorgesehen, über die die Verbindungsstange an Führungsstangen 21 frei verschiebbar ist, dir si;:h in der y- Richtung erstrecken.At the ends of the connecting rod 18, further guide bushings 20 are provided, via which the connecting rod can be freely displaced on guide rods 21, extending in the y direction.
Die von dem Sender 1 ausgestrahlten Ultraschallimpulse sollen soweit wie möglich gedämpfi sein, damit kein Wellenzug entsteht, der die Messung und insbesondere die Zuordnung der Impulse im Rechner sonst beeinträchtigen würde. Bevorzugt wird daher ein sehr steiler Anstieg des Diuckimpulses, der sofort wieder durch eine starke Dämpfung nahe Null abfällt. Die Intensität der Ultraschallimpulse des Senders soll ausreichen, damit die Empfänger noch eine ausreichende Impulsamplitude erhalten. Versuche haben gezeigt, daß Laufstrek-The ultrasonic pulses emitted by the transmitter 1 should be attenuated as far as possible, so that there is no wave train that would otherwise impair the measurement and, in particular, the assignment of the pulses in the computer would. A very steep rise in the pressure impulse, which immediately occurs again, is therefore preferred a strong attenuation drops close to zero. The intensity of the ultrasonic impulses from the transmitter should be sufficient for this the receivers still receive a sufficient pulse amplitude. Tests have shown that running routes
b5 ken in der Größenordnung von sechs Metern störungsfrei überbrückt werden können. Dies reicht für das beschriebene Tastgerät ohne weiteres aus.b5 ken on the order of six meters without interference can be bridged. This is sufficient for the described key device without further ado.
Die Abstrahlungscharakterisük des Senders ist mög-The radiation characterisük of the transmitter is possible
liehst kugelförmig, was aber auch mit einem größeren Intensitätsverlust der abgestrahlten LJItraschallimpulse bei den Empfängern erkauft wird. Man kann sich daher mit stärker gerichteten Ultraschallimpulsen helfen, wobei dann aber dafür gesorgt werden muß, daß — unab- ι hängig von der jeweiligen Lage des Senders 1 — jeder Impuls von wenigstens drei Empfängern empfangen wird. Werden Prüflinge in nur einer Linie, beispielsweise in der x-y-Ebcne. ausgemessen, so genügen auch zwei der Empfänger 2. inlent spherical, but this is also paid for with a greater loss of intensity of the radiated LJItrasonic impulses for the recipients. One can therefore help oneself with more strongly directed ultrasonic pulses, but then it must be ensured that - regardless of the respective position of the transmitter 1 - each pulse is received by at least three receivers. Are test objects in only one line, for example in the xy plane. measured, two of the recipients 2. in
Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß man die Funktionen der Sender und Empfänger gegeneinander vertauschen kann, wobei dann mehrere Empfänger und ein Sender vorgesehen sind. Bei dieser möglichen Anordnung erhält man eine besonders hohe Auflösung der gemessenen Fläche, wenn man die Sender gleichzeitig zu den Ultraschallimpulsen anregt. Hierbei ist aber die durch die EDV-Anlage vorzunehmende Untersuchung der Relationen zwischen den einzelnen Signalen besonders kompliziert. Man kann statt dessen daher auch die Sender in kurzen Abständen nacheinander zu den Ultraschallimpulsen erregen.It has already been pointed out that the functions of the transmitter and receiver are mutually exclusive can interchange, in which case a plurality of receivers and a transmitter are provided. With this possible arrangement you get a particularly high resolution of the measured area if you use the transmitters at the same time stimulates the ultrasonic pulses. Here, however, is the investigation to be carried out by the IT system the relations between the individual signals in particular complicated. Instead of this, you can also use the transmitter at short intervals in succession to the ultrasonic pulses irritate.
Während nach Fig. 1 der Taststift 12 von dem Gestänge 16 bis 21 in allen drei Achsen geführt wird, kann grundsätzlich auch ein frei beweglicher Taststift nach F i g. 3 verwendet werden. Dieser trägt dann an seiner Oberseite nicht einen einzigen Sender 1, sondern drei dieser Sender 1. Die Anordnung der Empfänger 2 nach F i g. 1 bleibt beibehalten. Die EDV-Anlage ermöglicht dann durch eine geeignete Programmierung über die ihr eingegebene geometrische Anordnung der drei Sender 1 und deren Entfernungen voneinander und von der Tastspitze 13 in eindeutiger Weise eine Rückrechnung auf die tatsächliche Bewegung der Tastspitze 13. Der Unterschied zwischen den Anordnungen nach Fig. 1 und 3 besteht im wesentlichen darin, daß nach F i g. 1 der Taststift in den x-y- Koordinaten geführt ist und sich in der z- Koordinate frei verschieben läßt, d. h. also nicht gekippt werden kann. Bei der Anordnung nach F i g. 3 läßt man dagegen solche Kippbewegungen zu. Die Vereinfachung durch Fortlassen der Führung wird durch eine kompliziertere Datenverarbeitung erkauft. Mögliche Zitterbewegungen der den Taststift 12 führenden Hand können ggf. durch elektronische Mittel geglättet werden. Aus den erwähnten Gründen wird aber die An-Ordnung nach F i g. 1 mit einem geführten Taststift, der nicht kippbar ist, bevorzugt.While according to FIG. 1 the stylus 12 is guided in all three axes by the linkage 16 to 21, a freely movable stylus according to FIG. 3 can be used. This then carries not a single transmitter 1 on its upper side, but three of these transmitters 1. The arrangement of the receivers 2 according to FIG. 1 is retained. The EDP system then enables, by means of suitable programming via the geometrical arrangement of the three transmitters 1 entered and their distances from one another and from the probe tip 13, a back calculation to the actual movement of the probe tip 13. The difference between the arrangements according to FIG. 1 and 3 consists essentially in the fact that according to FIG. 1 the stylus is guided in the xy coordinates and can be moved freely in the z coordinate, ie it cannot be tilted. In the arrangement according to FIG. 3, on the other hand, such tilting movements are permitted. The simplification by leaving out the guidance is bought at the expense of more complicated data processing. Possible trembling movements of the hand guiding the stylus 12 can, if necessary, be smoothed out by electronic means. For the reasons mentioned, however, the arrangement according to FIG. 1 with a guided stylus that cannot be tilted is preferred.
F i g. 1 zeigt auch, daß sich gerade Schnittbildmessungen durch das Feststellen der Bewegungsmöglichkeit in jeweils einer der Koordinaten gewinnen lassen. Arretiert man die Führwigsbuchse 18 an einer bestimmten Stelle auf ihrer Verbindungsstange 19, so erhält man einen Längsschnitt Arretiert man die Führungsbuchsen 20 auf ihren Führungsstangen 21, so erhält man einen Querschnitt Arretiert man schließlich den Taststift 12 an seiner Führungsbuchse 16, so erhält man eine Höhenlinie. Es wird daher bevorzugt wenn an den erwähnten Führungsbuchsen 16,18 und 20 Arretierungsmittel vorgesehen sind, beispielsweise Arretierungsschrauben.F i g. 1 also shows that slice image measurements are in progress by ascertaining the possibility of movement in one of the coordinates. Locked the Führwigsbuchse 18 at a certain Place on their connecting rod 19, a longitudinal section is obtained. If the guide bushes are locked in place 20 on their guide rods 21, a cross section is obtained. Finally, the stylus 12 is locked on its guide bush 16, a contour line is obtained. It is therefore preferred if at the mentioned Guide bushings 16,18 and 20 locking means are provided, for example locking screws.
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Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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