DE68921003T2 - Sonden. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft Taster zur Anzeige einer Berührung eines Objekts, wie sie beispielsweise bei Koordinatenausmeßgeräten und ähnlichen Geräten verwendet werden.
• Bei Koordinatenausmeßgeräten und ähnlichen Geräten wird ein Objekt gemessen, indem ein Taster und ein Objekt in einer üblicherweise von einem Datum kontrollierten Weise relativ bewegt werden, bis eine Berührung auf dem Objekt durch den Taster angezeigt wird. Die Koordinaten der Berührungsstelle werden aufgezeichnet. Durch wiederholte derartige Vorgänge können die Abmessungen des Objekts bestimmt werden.
• Das Ziel derartiger Ausmessungen ist es, eine Genauigkeit zu erreichen, die bei einer Wiederhalgenauigkeit von einem halben Mikran oder weniger besser als 1 Mikron ist. Demgemäß ist es klar, daß der "Berührungs"-Vorgang sehr empfindlich und fehlerfrei sein muß. Taster zur Erzielung eines solchen Berührungsvorgangs verwenden üblicherweise einen leichten, dünnen Stift mit einem Kugelende aus hartem Material zur Berührung des Objekts. Der Berührungsvargang lenkt den Stift in einer Halterung im Taster aus und das Auftreten der Auslenkung des Stiftes wird abgetastet, um eine Aufzeichnung der Koordinaten zu bewirken.
• Bekannte Taster liefern bei vielen Ausmessungen gute Ergebnisse, jedoch können bei manchen Ausmessungen Fehler auftreten, die durch Korrekturen der aufgezeichneten Koordinaten nicht kompensiert werden können. Eine Ursache für derartige Fehler kann sein, daß die Auslenkungen des Stiftes in verschiedenen Richtungen verschiedene Auslenkungsbeträge erfordern, bevor die Tastung stattfindet. Eine andere Ursache kann sein, daß für den Tastvorgang ein vom Stift betätigter elektromechanischer Schalter verwendet wird und das Einschalten oder Unterbrechen des Schalters aufgrund einer Verbiegung oder Korrosion an den Schaltkontakten nicht konsistent ist. Bisher verwendete Taster weisen elektrische oder mechanische Verbindungen mit dem Stift auf.
• Überdies erfordern die Taster maschinenbauliche Präzisionsherstellungstechniken, die teuer sind und hohe Kosten eines Tasters zur Folge haben. Auch kann ein solcher Taster leicht durch eine übermäßige Belastung des Stiftes beschädigt werden. Verschiedene der Probleme bei gegenwärtigen Tastern werden in Artikeln aus Quality Today, Febr. 1988, S. 56 und Mai 1988, Seite 22 diskutiert.
• Aus der EP-A-0 269 789 geht ein Stiftlager aus einem Ring aus Kugeln (etwa 16 an der Zahl) mit individuell einstellbaren Sitzen hervor. Abgesehen von dem zum Einrichten der einstellbaren Sitze erforderlichen Herstellungsaufwand beinhaltet die Wirkung des Tasters das Neigen bzw. Kippen des Stiftes um einen Punkt auf dem Ring aus Kugeln. Ein derartiges Neigen beinhaltet das Anheben der Stiftkonstruktion, was Aufwand erfordert.
• Aus der FR-A-2 365 408 geht ein Taster hervor, bei welchem der Stift von einer Federmembran gehalten und gesteuert wird. Eine Bewegung des Stiftes in Abhängigkeit von einer "Berührung" beinhaltet eine Verformung der Membran, und das exakte Verhalten des Stiftes bei einer "Berührung" hängt unter anderem von der Gleichmäßigkeit der Federmembran ab.
• Aus der DE-U-82 22 757.8 geht ein Taster nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 hervor, bei welchem der Stift radial durch ein Kugelpfannengelenk (7, 74) beschränkt bzw. gehalten ist, wobei das Gelenk in einer Führung (8, 84) im Tastergehäuse axial auslenkbar ist.
• Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Taster bereitzu-Stellen, welcher derartige Mängel überwindet.
• Gemäß der Erfindung ist ein Taster für ein Positionsbestimmungsgerät bereitgestellt, der ein Gehäuse und einen Tastraum im Gehäuse sowie eine Öffnung zum Tastraum, einen durch die Öffnung aus dem Tastraum ragenden Stift, eine die Öffnung umgebende reibungsarme Stiftlagereinrichtung, ein Stiftlagerteil zum Lagern des Stiftes auf der Lagereinrichtung und eine Zwangeinrichtung zum Zwingen des Stiftes auf die Lagereinrichtung und generell in Richtung zu einer neutralen Achse aufweist, wobei auf der Lagereinrichtung eine Positionsbestimmungsverschiebung gegen die Zwangeinrichtung ermöglicht ist, und der dadurch gekennzeichnet ist, daß das Stiftlagerteil eine teilweise sphärische Fläche aufweist, die sich auf der reibungsarmen Stiftlagerungseinrichtung derart bewegt, daß sich der Stift zusammen mit dem Stiftlagerteil um einen das Krümmungszentrum der teilweise sphärischen Fläche bildenden Punkt ohne Verschiebung des Punktes dreht, daß sich die Zwangeinrichtung außerhalb des Tastraumes befindet und daß sich im Tastraum eine von der Zwangeinrichtung separate Tasteinrichtung zum direkten Ertasten einer signifikanten Bewegung des Stiftes aus der neutralen Achse ohne Kontakt mit dem Stift und Anzeigen des signifikanten Bewegung des Stiftes als eine Positionsbestimmungsverschiebung befindet.
• Vorteilhafterweise besteht die reibungsarme Stiftlagereinrichtung aus mehreren mit Abstand um die Öffnung herum angeordneten Kugeln. Die Zwangeinrichtung kann ein elastisches flexibles Element, beispielsweise ein Blatt aus Gummi sein.
• Vorzugsweise weist die Tasteinrichtung im Tastraum eine in Richtung zum Stift gerichtete Lichtquelle auf und der Stift trägt einen Spiegel zum Reflektieren von Licht aus der Quelle zurück zur Tasteinrichtung. Die Menge bzw. der Betrag des von der Tasteinrichtung vom Spiegel empfangenen Lichts variiert in Abhängigkeit von der Verschiebung des Stiftes. Der Spiegel ist vorzugsweise konkav. Die Lichtquelle kann ein Ende einer flexiblen Faseroptik sein, die sich von einem an dem vom Taster fernen anderen Ende der Faseroptik angeordneten Lichtradiator erstreckt. Das vom Stiftspiegel reflektierte Licht kann durch die eine oder eine andere Faseroptik gesammelt und zu einer Einrichtung zum Detektieren einer Änderung der Menge bzw. des Betrags des gesammelten Lichts übertragen werden. Die Tasteinrichtung kann eine Einrichtung zum Vergleich der Menge bzw. des Betrags des vom Radiator abgestrahlten Lichts und der Menge bzw. des Betrags des gesammelten Lichts und zum Bestimmen einer Änderung der bzw. des von der signifikanten Bewegung des Stiftes resultierenden gesammelten Menge bzw. Betrags in Abhängigkeit von einer Kompensation der bzw. des tatsächlich abgestrahlten Menge bzw. Betrags aufweisen.
• Bei einer zweckdienlichen Anordnung kann der Stift ein scheibenförmiges und einen messerschneidenförmigen Rand aufweisendes Teil zum Berühren eines zu messenden bzw. auszumessenden Objekts aufweisen.
• Bevorzugterweise ist die signifikante Bewegung des Stiftes diejenige, die zum Verschieben des in Kontakt mit einem zu messenden Objekt stehende Teils des Stiftes zur neutralen Achse erforderlich ist.
• Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen
• Figuren 1, 1a, 1b im schematischen Querschnitt einen die Erfindung verkörpernden Taster und Varianten dieses Tasters zeigen,
• Figur 2 in schematischer Darstellung eine optoelektronische Schaltung für den Taster zeigt, und
• Figur 3 einen Stift für den Taster zeigt.
• Figur 1 zeigt ein generell mit 10 bezeichnetes Gehäuse, das einen Körper 11 mit einem Befestigungsschenkel 12 und eine Abdeckung 13 mit einem Innengewinde zur Aufnahme eines durch einen Verschlußring 16 befestigten Stiftträgers 14 aufweist. Der Stiftträger 14 weist eine Öffnung 15 auf, über der ein elastisches flexibles Element 20, beispielsweise ein dünnes Gummiblatt, durch ein Befestigungsbauelement 21 befestigt ist. Der generell mit 40 bezeichnete Stift geht durch das Element 20 hindurch und ist mit diesem Verbunden, zweckmäßigerweise mittels zusammengeschraubter Teile 44 und 45, die das Element ergreifen, und weist am inneren Ende innerhalb des Tastraumes 60 einen Spiegel 42 auf, der vorzugsweise konkav ist. Der Spiegel befindet sich zweckmäßigerweise auf einem teilweise sphärischen Teil 43 des Stiftes, welcher Teil auf einem reibungsarmen Lager ruht, das zweckmäßigerweise durch drei Kugeln gebildet ist, von denen nur eine bei 50 gezeigt ist, und die in einem Kugelsitz 17 sitzen, der im Stiftträger 17 ausgebildet ist. Das flexible Element bildet eine Dichtung für das Gerät.
• Auf der Abdeckung 13 ist eine Faseroptik 30 durch ein geeignetes Element 31 befestigt, und das Ende der Faseroptik 30 ist durch ein Fenster 32 in der Abdeckung 13 dem Spiegel 42 frei gegenüberliegend angeordnet.
• In der unausgelenkten, neutralen Stellung des Stiftes befindet sich das Ende 33 der Faseroptik auf der neutralen Längsachse des Tasters und ebenso befindet sich der konkave Spiegel 42 auf dieser Achse. Das elastische flexible Element 20 ist vorzugsweise flach gespannt, wenn der Stift unausgelenkt ist. Das elastische flexible Element exemplifiziert eine Einrichtung zum Zwingen des Stiftes auf das reibungsarme Lager und in Richtung der neutralen Achse, wobei eine Verschiebung auf dem Lager und eine Rückkehr des Stiftes zur neutralen Achse nach der Auslenkung ermöglicht ist.
• Annähernde Abmessungen eines nicht einschränkenden Beispiels des Tasters sind unter Verwendung der Bezugszeichen in Figur 1 folgende: Teil Kugeln Öffnung Teil-Element Durchmesser annähernd 9 mm.
• Es ist natürlich möglich, Taster kleinerer Abmessung herzustellen, welche die Erfindung verkörpern. Andere konstruktive Details, geeignetes Material und eine Abschirmung gegen Streulicht sind dem Fachmann leicht zugänglich.
• Die Arbeitsweise des Tasters ist wie folgt:
• Licht aus dem Faseroptikende 33 wird längs der obengenannten unausgelenkten neutralen Längsachse zum Spiegel 42 gerichtet, um auf diesen zu treffen. In der unausgelenkten Stellung des Stiftes wird das Licht aus dem Faseroptikende 33 zum Faseroptikende 33 zurückreflektiert und kehrt längs der Faseroptik zurück. Durch wohlbekannte geeignete Techniken, beispielsweise Strahlteilung, kann das vom Spiegel reflektierte Licht mit dem auf den Spiegel einfallenden Licht in einer geeigneten optoelektronischen Einrichtung oder einem ähnlichen Komparator verglichen werden. Wenn der Stift aus der neutralen Achse ausgelenkt wird, dreht sich das teilweise sphärische Teil 43 durch Bewegung über die Kugeln 50 um sein Krümmungszentrum, wobei es durch die Zwangeinrichtung 20 gegen die Kugeln gedrückt wird. Der Spiegel bewegt sich mit dem Teil 43 und das vom Spiegel reflektierte Licht wird von dem Faseroptikende 33 fortgerichtet. Die Menge des längs der Faseroptik zurückkehrenden reflektierten Lichts wird reduziert und durch eine geeignete Einrichtung ein Signal, welches anzeigt, daß eine Reduktion stattgefunden hat, vom Komparator erzeugt. Wenn die Ursache der Auslenkung beseitigt ist, stellt die Zwangeinrichtung beispielsweise das elastische flexible Element 20, den Stift in Richtung der unausgelenkten Stellung zurück.
• Aus der oben dargelegten Beschreibung geht hervor, daß der die Erfindung verkörpernde Taster einen viel einfacheren Aufbau als die bisher bekannten aufweist und daß die Abtastung des Auftretens der Stiftverschiebung sich weder auf eine elektromagnetische Schaltung bezieht, noch der Abtastvorgang durch die Richtung der Stiftauslenkung beeinflußt wird.
• Durch die Erfindung werden jedoch verschiedene weitere Vorteile erzielt, wie sie nun detailliert beschrieben werden.
• Die Komparatoreinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie anzeigt, daß eine Reduktion beim reflektierten Licht nur dann stattgefunden hat, wenn eine signifikante Reduktion auf einen vorbestimmten Pegel aufgetreten ist.
• Zweckmäßigerweise ist diese vorbestimmte Reduktion diejenige, die auftritt, wenn die Kugel 41 auf dem Stift durch einen Kontakt mit einem Körper ausgelenkt wird, so daß der Kontaktpunkt auf der Kugel 41 auf der obengenannten neutralen Achse liegt.
• Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß der Stift durch die Tätigkeit der Zwangeinrichtung 20 nicht genau zur neutralen Achsposition zurückkehren muß. Vorausgesetzt, daß der Stift nahe genug zur neutralen Achse zurückgekehrt ist, um Licht oberhalb des vorbestimmten Pegels zu reflektieren, wird die nächste Messung genau sein.
• Wenn es notwendig ist, kann das zur Abstrahlung durch die Faseroptik 30 zugeführte Licht überwacht werden, um sicherzustellen, daß eine Kompensation für jede Änderung des abgestrahlten Pegels gemacht werden kann, wenn bestimmt wird, daß die vorbestimmte Reduktion durch die Bewegung des Stiftes und folglich des Spiegels 42 aufgetreten ist.
• Die bevorzugte optische Anordnung ist so, daß das Krümmungszentrum des Spiegels auf der Oberfläche 33 der Faseroptik 30 ist und daß der Spiegel eine teilweise sphärische konkave reflektierende Oberfläche ist, die groß genug ist, um so viel wie möglich der Lichtabstrahlung aus der Faseroptik (in der neutralen Achsstellung) aufzunehmen. Bei einem Beispiel, bei welchem die Faser eine numerische Apertur von 0,47 aufweist, ist der Krümmungsradius des Spiegels gleich r und genügt der Durchmesser d des teilweise sphärischen Teils der Beziehung d = 0,95r. Der Koeffizient von r beträgt tatsächlich das Doppelte des arc sin der numerischen Apertur. Ein Faseroptikdurchmesser in der Größenordnung von einem Millimeter hat sich als zweckmäßig erwiesen, da diese größere Abmessung Ausrichtungsprobleme reduziert. Der Faseroptik 30 kann Licht durch eine infrarote (etwa 950 nm) LED zugeführt werden, die im wesentlichen von herkömmlicher Form, jedoch dadurch modifiziert ist, daß die Diffusorlinse weggeschliffen ist, um die Übertragung zur Faseroptik zu erhöhen. Die LED ist zweckmäßigerweise in einem Abstand vom Taster angeordnet, beispielsweise am anderen Ende von etwa 1 m Faseroptik 30. Das der Faseroptik zugeführte Licht kann durch eine andere Faseroptik überwacht werden, die das Licht aus der Rückseite der LED aufnimmt.
• Der richtige Betrieb des optischen Systems wird dadurch sichergestellt, daß der teilweise sphärische Teil 43 in Kontakt mit den drei Kugeln 50, die im Stiftträger 14 im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind, in Kontakt gehalten wird, durch die Wirkung der Zwangeinrichtung, beispielsweise des elastischen flexiblen Elements, die bzw. das sich durch die Verbindung mit dem Stift unter einer gewissen Spannung befindet, die das Element in den Träger 14 auch dann zieht, wenn der Stift auf der neutralen Achse ist. Auf diese Weise bewegt sich das teilweise sphärische Teil 43 auch um das Zentrum der sphärischen Oberfläche des Teils.
• Verschleiß und Reibung sollten verhindert werden und folglich sollten die Kugeln 50 aus rostfreiem Stahl oder aus einem anderen harten Material, beispielsweise Rubin oder Wolframkarbid, sowie hochgradig sphärisch sein. Auf ähnliche Weise sollte das Teil 43 aus einer Kugel aus Phosphorbronze, rostfreiem Stahl oder einem obigen harten Material gebildet und hochgradig sphärisch sein. Die Faser 30 und das Element 20 sind für die genaue Einrichtung der Vorrichtung vorzugsweise einstellbar.
• Figur 2 zeigt eine Schaltung einer Ausbildung eines optoelektronischen Schaltkreises zur Bildung des Komparators und Erzeugung eines Ausgangstriggersignals bezüglich der vorbestimmten Reduzierung des reflektierten Lichts. Zur Vermeidung unechter Ergebnisse ist eine sorgfältige elektrische Abschirmung notwendig. Der Fachmann versteht aus der Schaltung die Erfordernisse für den Komparator. Kurz ausgedrückt gibt es eine Lichtquelle 70, welche eine infrarot-LED 71 zum Zuführen von Licht zur Faseroptik 30 aufweist. Das der Faseroptik 30 zugeführte Licht wird durch die Schaltung 72 überwacht, die eine Photodiode 73 zum Ansprechen auf das Licht aus der LED 71 aufweist. Auf vom Spiegel 72 reflektiertes und längs der Faseroptik 30 zurückkehrendes Licht spricht die Photodiode 75 der Schaltung 74 an. Die Ausgangssignale der Schaltung 72 und Schaltung 74 werden in der Schaltung 76 verglichen, um ein Ausgangssignal zur Verwendung an einem Anschluß 77 beispielsweise als Triggersignal für das Koordinatenausmeßgerät zu ergeben.
• Die Auslenkung des reflektierten Lichts kann auch durch Verwendung einer Faseroptik detektiert werden, die einem Kern aus Fasern, längs denen Licht zugeführt wird, und eine äußere Lage Fasern aufweist, längs denen abgelenktes Licht zu einem Detektor zurückgeführt wird.
• Unter gewissen Bedingungen kann ein flexibles Element aus Gummi oder ähnlichem Material verschlechtert sein oder eine Hysterese zeigen. Zur Vermeidung dieser Probleme kann ein Element aus dünnem Metall verwendet werden. Figur 1a zeigt die Ausbildung des relevanten Teils der Figur 1, bei der ein derartiges Metallelement als Zwangeinrichtung verwendet ist.
• Der Stiftträger 114 weist ein Innengewinde zur Aufnahme eines mit einem Gewinde versehenen Haltebauteils 121 auf, die ein Zwangeinrichtung aus einem Membran/Federelement 120 aus Metall an Ort und Stelle befestigen. Der Stift ist zweckmäßigerweise mit dem Element so wie vorher durch die zusammengeschraubten Teile 44 und 45 verbunden. Zum Definieren des Durchmessers des installierten Elements 120 ist ein Sitz 118 vorgesehen. Das Element 120 muß ein wenig "gewölbt" sein, um in den Satz 118 eingesetzt zu werden. Diese "Wölbung" erzeugt im Element eine Spannung, die zum zwangsweisen Drücken des Stiftes gegen das reibungsarme Lager 50 verwendet wird. Zweckmäßigerweise ist das Element gewellt oder gerippt, beispielsweise in konzentrischen Zonen. Das Element kann in "Wölbung" gebracht werden, indem es in den Sitz 118 gezwungen wird, wobei das Element gegenüber dem Sitz eine geringfügige übergröße aufweist.
• Wenn eine Magnetfeld-Zwangeinrichtung benutzt wird, kann diese durch einen oder mehrere Permanentmagnete im Inneren der Öffnung 15 auf dem Stiftteil 44 und eine umfangsmäßig um die Innenseite der Öffnung 15 herum angeordnete erregbare Spule gebildet sein. Die Erregung der Spule kann überall oder lokal einstellbar sein, um erforderliche Formen der Zwangwirkung zu erzeugen. Eine Membran zwischen dem Stift und dem Träger 14 kann dazu benutzt werden, eine Dichtung und, wenn erforderlich, eine Hilfspositionierung bereitzustellen.
• Wie oben beschrieben, ist die Tasteinrichtung zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß sie ein "Schalt"-Ausgangssignal erzeugt, das einen Zustand nur nach einem gewissen Betrag der Stiftbewegung ändert. Falls erforderlich, kann das Ausgangssignal variieren, um den Betrag der Bewegung zu zeigen, beispielsweise ein Analog-Ausgangssignal sein. Die Figur 1b zeigt eine einzelne Anordnung. Im Lichtweg 34 aus der Faseroptik 30 ist ein Strahlteiler 35 angeordnet. Vom Spiegel 42 reflektiertes Licht wird von der Linie des Lichtweges 34 und dann durch den Strahlteiler abgelenkt, beispielsweise wie bei 39 gezeigt, um auf einen Detektor 36 zu fallen, der die Position des abgelenkten Strahls identifizieren kann. Ein Detektorarray oder eine Detektoreinrichtung kann dazu benutzt werden, die Bewegung des Strahls längs des Pfeiles 37 anzuzeigen. Das Ausgangssignal des Detektors 36 ist über eine Verbindung 38 verfügbar. Diese Anordnung dient zum Überwachen der Tasterposition in der XY-Ebene, beispielsweise für eine schnelle Abtastung von Oberflächen, und zur Messung, wenn das Koordinatenausmeßgerät stationär ist, wobei der Taster auf einer Oberfläche ruht und eine Messung höherer Präzision bereitstellen kann.
• Eine Trigger-Anordnung kann auf das Detektor-Ausgangssignal ansprechen, um das Ausmeßgerät anzuhalten und die Daten zu lesen.
• Eine Anlogmessung kann nach dem Anhalten des Ausmeßgeräts gemacht werden, wodurch Vibrationsprobleme vermieden werden. Eine Analogmessung kann die von der Stiftzurückstelltechnik erforderliche Durchführung reduzieren.
• Bevorzugterweise sind die Fasern so wie oben beschrieben angeordnet, jedoch sind andere Anordnungen möglich. Beispielsweise kann das faserzugeführte Licht auf der Achse und die empfangende Faser längsseits sein. Jedewede "Überlappung" im Tastmuster kann vorhergesagt und in einer elektronischen Schaltungsverarbeitung das durch das reflektierte Licht erzeugte elektrische Ausgangssignal kompensiert werden.
• Ein wichtiger Vorteil der die Erfindung verkörpernden Taster liegt darin, daß der Schaltvorgang beim verschobenen Stift "sauber" und schnell ist, da keine mechanischen Schaltelemente involviert sind. Als zum Detektieren der Spiegel- und deshalb Stiftbewegung ist Licht (sei es infrarot, sichtbar oder ultraviolett) beschrieben, jedoch kann bei geeigneter Anpassung auch andere Strahlung verwendet werden und es ist sogar eine Variation einer elektrischen Kapazität möglich. Licht ist zweckmäßig, da es relativ leicht fokussiert und reflektiert wird und die höhere Anwendungsgeschwindigkeit, niedrigere Stiftkraft und den durch Entfernung des existierenden mechanischen Schalters erzielten saubereren Schaltvorgang exemplifiziert.
• Das Fehlen der Notwendigkeit zum Zurückführen des Stiftes in eine exakte axiale Stellung ist ebenfalls hilfreich, da die Zwangeinrichtung, beispielsweise das elastische flexible Element, keinen besonders hohen Präzisionsstandard haben muß, vorausgesetzt sie ist adäquat, um den Spiegel innerhalb des erforderlichen Bereiches um die neutrale Achse herum zurückzuführen. Es ist klar, daß andere Formen von Zwangeinrichtungen benutzt werden können. Beispiele dieser sind die Schwerkraft, ein Magnetfeld oder ein Luftstrom. Das Stiftlager kann ein Luftlager sein. Die Anordnung eines Teils der Tasteinrichtung fern vom Tastraum kann die Größe des Tasters reduzieren.
• Figur 3 zeigt eine verbesserte Stiftausbildung, die dazu benutzt werden kann, die Leistung des Tasters auf gewissen Oberflächen, insbesondere glatt gekrummten, wie sie auf Tragflügeln oder gewissen medizinischen Vorrichtungen7 wie beispielsweise Prothesen, vorgefunden werden, verbessern.
• Die in Figur 3 gezeigte Stiftform kann so angeordnet sein, daß das Teil 70 auf dem Stiftschaft als Achse rotieren kann. Für die Rotation des Teils 70 wird eine Genauigkeit von einem Mikron oder besser bevorzugt. Diese Anordnung kann ein Nachsichziehen bei großen Näherungsanstellwinkeln reduzieren, wenn das Teil 70 sich dreht.
• Der Einfachheit halber zeigt Figur 3 nur die Teile der Figur 1 um das bzw. den Teil 43 herum zusammen mit dem verbesserten Stift 70 selbst und ein typisches, nichtsphärisch gekrümmtes Objekt 80, beispielsweise ein Teil einer Prothese zum Ersetzen eines Beins. (Der exakte Typ der Prothese ist nicht relevant, jedoch müssen solche Objekte sehr genau ausgemessen werden und ihre nichtsphärische Form verursacht große Probleme bei der Ausmessung.)
• Der verbesserte Stift 70 ersetzt den herkömmlichen vom Kugelendetyp. Der Stift 70 ist zweckmäßigerweise eine Messerschneidenscheibe, die so befestigt ist, daß die neutrale Achse durch die Ebene der Scheibe in deren Zentrum geht. Geeignete Konstruktionsformen und Materialien sind dem Fachmann offenbar, jedoch kann ein exemplarischer Stift aus Metall gedreht und der Schneidenrand gehärtet sein, falls erforderlich.
• Bei Anwendung wird der Stift eingesetzt, um den Stift vom Kugelendetyp zu ersetzen und in Berührung mit dem auszumessenden Objekt gebracht. Wie vorher ist die durch den Komparator bestimmte Auslenkung des Stiftes diejenige, bei welcher der Kontaktpunkt des Stiftes mit einem auszumessenden Objekt auf der neutralen Achse des Stiftes ist.
• Beim Stift vom Kugelendetyp variiert die Messung, da sich der Kontaktpunkt zwischen der Kugel und dem Objekt über die Oberfläche der Kugel bewegt. Diese Variation ist durch die Positionen M1 und M2 in Figur 3 vergleichsweise angedeutet. Die Geometrie der Variation der Ausmessung ist leicht zugänglich (Die Variation tritt natürlich auch bei dem hier beschriebenen verbesserten Taster auf, wenn ein herkömmlicher Stift verwendet wird.)
• Im Unterschied dazu erleidet der Schneidenrand des in Figur 3 gezeigten verbesserten Stiftes 70 keine Variation.
• Der Taster ist zweckmäßigerweise auf einer als Präzisionskupplung bekannten Typs in einem Koordinatenmeßgerät befestigt, durch welche der Taster von einer Stelle, in welcher die neutrale Achse vertikal ist, zu einer Stelle bewegt werden kann, in welcher die neutrale Achse horizontal ist. Auf diese Weise kann die zweidimensionale Arbeitsweise des Tasters für eine dreidimensionale Ausmessung verwendet werden.
• Die oben beschriebenen Techniken stellen einen verbesserten Taster für Koordinatenausmeßgeräte und überdies einen verbesserten Stift bereit.

Claims (16)

1. Taster für ein Positionsbestimmungsgerät, mit einem Gehäuse (10) und einem Tastraum (60) im Gehäuse sowie einer Öffnung (15) zum Tastraum, einem durch die Öffnung (15) aus dem Tastraum (60) ragenden Stift (40), einer die Öffnung umgebenden reibungsarmen Stiftlagereinrichtung (50), einem Stiftlagerteil (43) zum Lagern des Stiftes (40) auf der Lagereinrichtung (50) und einer Zwangeinrichtung (20) zum Zwingen des Stiftes auf die Lagereinrichtung und generell in Richtung zu einer neutralen Achse, wobei auf der Lagereinrichtung eine Positionsbestimmungsverschiebung gegen die Zwangeinrichtung ermöglicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stiftlagerteil (43) eine teilweise sphärische Fläche aufweist, die sich auf der reibungsarmen Stiftlagereinrichtung (50) derart bewegt, daß sich der Stift (40) zusammen mit dem Stiftlagerteil (43) um einen das Krümmungszentrum der teilweise sphärischen Fläche bildenden Punkt ohne Verschiebung des Punktes dreht, daß sich die Zwangelnrichtung (20) außerhalb des Tastraumes (60) befindet, und daß sich im Tastraum (60) eine von der Zwangeinrichtung (20) separate Tasteinrichtung (30, 42) zum direkten Ertasten einer signifikanten Bewegung des Stiftes (40) aus der neutralen Achse ohne Kontakt mit dem Stift (40) und Anzeigen (70, 72) der signifikanten Bewegung des Stiftes (40) als eine Positionsbestimmungsverschiebung befindet.

2. Taster nach Anspruch 1, wobei die reibungsarme Stiftlagereinrichtung mehrere mit Abstand um die Öffnung herum angeordnete Kugeln (50) aufweist.

3. Taster nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zwangeinrichtung (20) aus einem Blattmaterial besteht.

4. Taster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwangeinrichtung (20) wenigstens ein elastisches, flexibles Element aufweist.

5. Taster nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Zwangeinrichtung (20) ganz aus einem Blatt aus Gummi und/oder elastischem Metall über der Öffnung gebildet ist.

6. Taster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwangeinrichtung (20) eine Magnetfeldeinrichtung zum Zwingen des Stiftes auf die Lagereinrichtung aufweist.

7. Taster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tasteinrichtung im Tastraum (60) eine in Richtung zum Stift gerichtete Lichtquelle (71, 30) aufweist und der Stift einen Spiegel (42) zum Reflektieren von Licht aus der Lichtquelle zurück zur Tasteinrichtung trägt.

8. Taster nach Anspruch 7, wobei der Betrag des von der Tasteinrichtung vom Spiegel (42) empfangenen Lichts in Abhängigkeit von der Verschiebung des Stiftes variiert.

9. Taster nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Spiegel (42) konkav ist.

10. Taster nach Anspruch 9, wobei die Lichtquelle ein Ende einer flexiblen Faseroptik ist, die sich von einem an dem vom Taster fernen anderen Ende der Faseroptik angeordneten Lichtradiator erstreckt.

11. Taster nach Anspruch 10, wobei das vom Stiftspiegel reflektierte Licht durch die eine oder eine andere Faseroptik gesammelt und zu einer Einrichtung zum Detektieren einer Anderung des Betrags des gesammelten Lichts übertragen wird.

12. Taster nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Tasteinrichtung eine Einrichtung (73) zum Vergleich des Betrags des vom Radiator abgestrahlten Lichts und des Betrags des gesammelten Lichts und zum Bestimmen einer Änderung des von der signifikanten Bewegung des Stiftes resultierenden gesammelten Betrages in Abhängigkeit von einer Kompensation des tatsächlich abgestrahlten Betrags aufweist.

13. Taster nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Tasteinrichtung eine Einrichtung zum Bestimmen des Betrags einer Auslenkung des Stiftes aus der Bewegung der Position des vom Spiegel reflektierten Lichts aufweist.

14. Taster nach Anspruch 13, mit einem Strahlteiler zum Richten von vom Spiegel reflektiertem Licht auf einen Positionsdetektor.

15. Taster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stift ein scheibenförmiges und einen messerschneidenförmigen Rand aufweisendes Teil (70) zum Berühren eines zu messenden Objekts aufweist.

16. Taster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die signifikante Bewegung diejenige ist, die zum Verschieben des in Kontakt mit einem zu messenden Objekt stehenden Teils des Stiftes zur neutralen Achse erforderlich ist.