NL1003175C2

NL1003175C2 - Rapid three-dimensional co-ordinate measurement system

Info

Publication number: NL1003175C2
Application number: NL1003175A
Authority: NL
Inventors: Petrus Hendricus J Schellekens; Wilhelmus Petrus Van Vliet
Original assignee: Wilhelmus Petrus Van Vliet; Petrus Hendricus Johannes Sche
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1996-05-21
Publication date: 1997-11-25

Abstract

the system has three light sources (4) and detectors (7) mounted on a rigid reference frame (1). Beams of light (8) are reflected by mirrors (5) mounted on a movable carrier (6) rigidly connected to a probe (9). Carrier movement causes a light spot to move over the surface of each detector to measure two independent translational components, making six in all. A unique relationship exists between the position of the probe and the position and orientation of the carrier. Given the probe dimensions, the measuring point and hence the geometry of the test piece can be calculated.

Description

-1--1-

Mechanisch tastsysteem voorzien van een contactloos meetsysteem dat 6 vrijheidsgraden kan meten voor gebruik in coördinaten meetmachines, gereedschapsmachines en robots, geschikt om met hoge snelheid geometrische eigenschappen van werkstukken te bepalen.Mechanical touch probe equipped with a contactless measuring system that can measure 6 degrees of freedom for use in coordinate measuring machines, machine tools and robots, suitable for determining geometric properties of workpieces at high speed.

55

Achtergrond van de uitvindingBackground of the invention

Mechanische tastsystemen worden veelvuldig ingezet bij de geometrische controle van allerlei producten die aan bepaalde eisen moeten voldoen ten aanzien van hun maatvoering. Mechanische tastsystemen dienen hierbij als interface tussen ener-10 zijds de coördinaten meetmachine of gereedschapsmachine en anderzijds het werkstuk. Een coördinaten meetmachine of gereedschapsmachine bezit een aantal linialen welke bevestigd zijn op de verschillende bewegingsassen van de machine (meestal X, Y, en Z) die als het ware een referentie coördinatensysteem opspannen waaraan de geometrie van een werkstuk kan worden gerelateerd door middel van is mechanisch aantasten. Dit aantasten geschied veelal door middel van een tastsysteem dat aan de laatste schakel van de machine is bevestigd en dat in staat is om veelal met hoge nauwkeurigheid het oppervlak van een werkstuk te detecteren. Bij detectie genereert het tastsysteem een signaal dat de machine instrueert om zijn linialen uit te lezen en op basis van deze gegevens het tastpunt, dat wil zeggen het 20 contactpunt tussen taster en werkstuk, te berekenen. Veelal wordt het werkstuk aangetast met behulp van een uiterst nauwkeurig bekende kogel (hier verder te noemen de tastertip), maar dat is geen vereiste. Er wordt ook veelvuldig gebruik gemaakt van andere geometrische elementen, mits ze maar wiskundig nauwkeurig te beschrijven zijn en nauwkeurig gekalibreerd kunnen worden. De tastertip is met 25 behulp van een taststift verbonden aan een detectiemechanisme dat zich in een zogenaamd tasterhuis bevindt. Dit tasterhuis is vervolgens verbonden met de machine.Mechanical touch probes are frequently used in the geometric control of all kinds of products that must meet certain requirements with regard to their dimensions. Mechanical touch probe systems serve as an interface between the coordinate measuring machine or machine tool on the one hand and the workpiece on the other. A coordinate measuring machine or machine tool has a number of rulers which are attached to the different axes of movement of the machine (usually X, Y, and Z) which, as it were, span a reference coordinate system to which the geometry of a workpiece can be related by means of mechanical affect. This attacking is usually done by means of a touch probe which is attached to the last link of the machine and which is often able to detect the surface of a workpiece with high accuracy. Upon detection, the touch probe generates a signal instructing the machine to read its rulers and calculate the touch point, ie, the contact point between probe and workpiece, based on this data. The workpiece is often attacked by means of an extremely accurately known ball (hereinafter referred to as the probe tip), but this is not a requirement. Extensive use is also made of other geometric elements, as long as they are mathematically accurate and can be accurately calibrated. The probe tip is connected by means of a stylus to a detection mechanism which is located in a so-called probe housing. This probe housing is then connected to the machine.

Primaire problemen die optreden bij het ontwikkelen van mechanische tasters zijn 30 de volgenden: 1. hoe kan nauwkeurig de ruimtelijke positie van de tastertip worden bepaald; 2. hoe kan het contact tussen tastertip en werkstuk worden bepaald; 1003175 -2- 3. hoe kan schade aan taster en werkstuk worden voorkomen wanneer de taster-tip het werkstuk raakt.Primary problems that arise in the development of mechanical probes are the following: 1. how can the spatial position of the probe tip be accurately determined; 2. how can the contact between probe tip and workpiece be determined; 1003175 -2- 3. how to prevent damage to the probe and workpiece when the probe tip touches the workpiece.

In principe zijn hierbij twee benaderingen algemeen geaccepteerd die uitgaan van ofwel het geometrisch vastleggen van de tastertip totdat deze positie wordt ver-5 stoord door een aanraking met een werkstuk, ofwel door het meten van de verplaatsingen van de tastertip bij aanraking met een werkstuk.In principle, two approaches are generally accepted here that start from either geometrically capturing the probe tip until this position is disturbed by contact with a workpiece, or by measuring the displacements of the probe tip when in contact with a workpiece.

Mechanische tasters gebaseerd op het eerste principe worden ook wel schakelende tasters genoemd, en zijn in de Angelsaksische literatuur veelal bekent onder de 10 naam ‘touch-trigger probes’. Het principe is gebaseerd op een ontwerp waarbij in principe alle 6 vrijheidsgraden van de taststift door het ontwerp worden vastgelegd. Deze 6 vrijheidsgraden worden in principe beschreven door 3 rotatiecompo-nenten en 3 translatiecomponenten. Indachtig een Cartesisch X, Y-, en Z-assenstelsel, dan impliceert dit respectievelijk een rotatie om elke van de 3 assen 15 en een translatie in elke asrichting. De mechanische constructie waarop dit type mechanische taster is gebaseerd, wordt dikwijls een kinematische koppeling genoemd (zie o.a. US 4,702,013) en is afgeleid van de zogenaamde ‘Kelvin clamp’. Een niet onbelangrijk voordeel van deze mechanische constructie is dat de massa’s en massatraagheden van de bij de aantasting betrokken tasteronderdelen relatief 20 laag kan blijven. In moderne mechanische tasters van dit type wordt de detectie-taak veelal waargenomen door gevoelige sensoren zoals rekstroken of piëzo-elementen die in een heel vroeg stadium van de aantasting een contact tussen tastertip en werkstuk kunnen waarnemen, zie bijvoorbeeld EP 0 415 579 Al, EP 0 420 416 A2, US 4,702,013 en US 5,018,280. Zodra een aantasting wordt 25 waargenomen door de taster wordt een ‘trigger’-signaal gegenereerd en leest de machine zijn meetlinialen uit die tezamen het meetpunt bepalen. Vervolgens wordt door de machine een vertragingsbeweging in gang gezet om de machine tot stilstand moet brengen. Het voordeel van de veelal toegepaste kinematische koppeling is dat deze een grote deflectie van de tastertip toelaat ten opzichte van de referen-30 tiepositie, zonder dat beschadiging van de taster, werkstuk of machine kan optreden. Deze deflectiemogelijkheid wordt veelal ‘overtravel’ genoemd, en is een functionele eis voor mechanische tasters om schade te voorkomen. Nadat de machine tot stilstand is gekomen, keert de tastertip terug in zijn referentiepositie, veelal 1003175 -3- aangeduid met ‘reseating’. Alle meetpunten worden gerelateerd aan deze referen-tiepositie, dus de nauwkeurigheid van de gemeten punten hangt voor een deel af van de nauwkeurigheid waarmee de tastertip terugkeert naar zijn referentieposi-tie. Om meetafwijkingen van dit type te ondervangen danwel te corrigeren zijn 5 systemen ontworpen waarmee deze afwijkingen gemeten danwel voor een groot deel vermeden kunnen worden, zie bijvoorbeeld EP 0 415 579 Al, EP 0 307 782 BI, EP 0 423 307, EP 0 445 945 Al, DE 27 12 181 Al, DE 35 06 892 Al, US 5,018,280 en US 5,319,858.Mechanical probes based on the first principle are also called switching probes, and are often known in Anglo-Saxon literature under the name of 10 "touch-trigger probes". The principle is based on a design in which in principle all 6 degrees of freedom of the stylus are determined by the design. These 6 degrees of freedom are basically described by 3 rotation components and 3 translation components. Considering a Cartesian X, Y, and Z coordinate system, this implies a rotation about each of the 3 axes 15 and a translation in each axis direction, respectively. The mechanical construction on which this type of mechanical probe is based is often referred to as a kinematic coupling (see e.g. US 4,702,013) and is derived from the so-called "Kelvin clamp". A not unimportant advantage of this mechanical construction is that the masses and inertia of the probe parts involved in the attack can remain relatively low. In modern mechanical probes of this type, the detection task is often performed by sensitive sensors such as strain gauges or piezo elements that can detect contact between probe tip and workpiece at a very early stage of attack, see for example EP 0 415 579 A1, EP 0 420 416 A2, US 4,702,013 and US 5,018,280. As soon as an attack is detected by the probe, a 'trigger' signal is generated and the machine reads out its measuring rulers which together determine the measuring point. A deceleration movement is then initiated by the machine to bring the machine to a standstill. The advantage of the commonly used kinematic coupling is that it allows a large deflection of the probe tip relative to the reference position, without damage to the probe, workpiece or machine. This deflection capability is often referred to as "overtravel" and is a functional requirement for mechanical probes to prevent damage. After the machine has come to a standstill, the probe tip returns to its reference position, usually 1003175 -3- marked "reseating". All measuring points are related to this reference position, so the accuracy of the measured points depends in part on the accuracy with which the probe tip returns to its reference position. To overcome or correct measurement deviations of this type, 5 systems have been designed with which these deviations can be measured or largely avoided, see for example EP 0 415 579 A1, EP 0 307 782 B1, EP 0 423 307, EP 0 445 945 Al, DE 27 12 181 Al, DE 35 06 892 Al, US 5,018,280 and US 5,319,858.

10 De tot dusver beschreven mechanische taster genereert alleen op betrouwbare wijze een meetpunt wanneer een aantasting met een zekere minimale snelheid geschied. Het ‘trigger’-signaal dient namelijk een zekere threshold-waarde te bereiken. Deze werking impliceert onmiddellijk dat het scannen van werkstukopper-vlakken, waarbij een groot aantal meetpunten van een werkstukoppervlak wordt 15 verzameld om een indruk te krijgen van de vorm(-nauwkeurigheid) van het werkstuk, niet mogelijk is zonder dat voor ieder nieuw meetpunt een nieuw contact tussen werkstuk en tastertip wordt gerealiseerd.The mechanical probe described so far only reliably generates a measuring point when attacking occurs at a certain minimum speed. The "trigger" signal must reach a certain threshold value. This action immediately implies that scanning of workpiece surfaces, where a large number of measuring points are collected from a workpiece surface to get an impression of the shape (accuracy) of the workpiece, is not possible without a new measuring point for each new measuring point. contact between workpiece and probe tip is realized.

Mechanische tasters gebaseerd op het tweede principe worden ook wel metende 20 tasters genoemd, in de Angelsaksische literatuur veelal bekent als ‘measuring probe’ of ‘analog probe’. Bij dit type taster wordt elke beweging van de tastertip die constructief niet is vastgelegd, gemeten. Veelal wordt een meetpunt pas ‘gerealiseerd’ wanneer een bepaalde kracht, de vooraf ingestelde meetkracht, is aangebracht op het werkstuk. Veel metende mechanische tasters zijn gebaseerd op 25 mechanismen die drie translatiebewegingen toelaten (X-, Y-, en Z-beweging), maar rotatiebewegingen van de tastertip niet toelaten. Voorbeelden hiervan worden gegeven in DT 2 207 270 en DT 2 242 355. Ook zijn er systemen ontwikkeld waarbij andere vrijheidsgraden dan alleen rotaties worden vastgelegd. Voorbeelden hiervan worden gegeven in DE 28 35 615 C2, dat een taster met twee rotatie-assen be-30 schrijft, en in DT 1184 972 en DT 2 019 895 waarin mechanische tastersystemen staan beschreven met een zeer beperkte overtravel in een specifieke richting en daardoor zeer beperkt in hun toepassing. Tastersystemen gebaseerd op het meten van verplaatsingen zijn veelal groot en de tasteronderdelen die bij de aantasting 1003175 -4- betrokken zijn hebben aanmerkelijke massa’s en massatraagheidsmomenten, met name omdat constructie-elementen nodig zijn om nauwkeurige tastertip bewegingen te garanderen of juist om ongewenste bewegingen te onderdrukken, alsmede om onderdelen van meetsystemen te kunnen monteren.Mechanical probes based on the second principle are also called measuring probes, commonly known in Anglo-Saxon literature as "measuring probe" or "analog probe". With this type of probe, any movement of the probe tip that is not structurally recorded is measured. A measuring point is usually only "realized" when a certain force, the preset measuring force, is applied to the workpiece. Many measuring mechanical probes are based on 25 mechanisms that allow three translational movements (X, Y, and Z movement), but do not allow rotary tips of the probe tip. Examples are given in DT 2 207 270 and DT 2 242 355. Systems have also been developed in which degrees of freedom other than just rotations are recorded. Examples are given in DE 28 35 615 C2, which describes a probe with two rotary axes, and in DT 1184 972 and DT 2 019 895 which describe mechanical probe systems with very limited overtravel in a specific direction and therefore very limited in their application. Probe systems based on displacement measurement are often large and the probe parts involved in the attack 1003175-4- have significant masses and moments of inertia, in particular because construction elements are required to ensure precise probe tip movements or to suppress unwanted movements , as well as to be able to mount parts of measuring systems.

55

Door ons uitgevoerd onderzoek heeft uitgewezen dat twee effecten een grote rol spelen bij het nauwkeurig, mechanisch, meten van werkstukken met behulp van mechanische tasters. Allereerst is gebleken dat met name de massa’s en massatraagheidsmomenten van tastercomponenten die betrokken zijn bij het aantastpro-10 ces een grote rol spelen bij het al dan niet beschadigen van werkstukken. Het is ons bekend dat met name metende mechanische tasters dusdanige beschadigingen aan werkstukoppervlakken kunnen toebrengen dat functionele schade kan ontstaan. Door ons verrichte experimenten met mechanische tasters van beide typen, dat wil zeggen zowel schakelende en metende tasters, waarbij stalen en aluminium 15 proefstukken werden aangetast met verschillende meetsnelheden, resulteerden onder gebruikelijke aantastomstandigheden in schade aan de proefstukken. De schade aan de aluminium en de stalen proefstukken bestond uit kogelvormige in-drukkingen met diameters die varieerden van 40 tot 150 pm en indrukkingen die varieerden van 0.1 pm tot 2.5 pm, afhankelijk van de gebruikte tastertipdiameter 20 en aantastsnelheid. Tevens werden krassen op de proefstukoppervlakken gevonden die het gevolg waren van een scheve deflectie van de tastertip, een deflec-tie(richting) die werd afgedwongen door het ophangingsmechanisme dat de tas-terstift met het tasterhuis verbindt. In alle gevallen was de schade toe te wijzen aan enerzijds de relatief hoge massa’s en massatraagheidsmomenten van de bij de 25 aantasting betrokken tasteronderdelen, anderzijds was de schade toe te wijzen aan de bewegingsrichtingen (‘overtravel’-bewegingen) die de tasterstiftophanging toeliet. De dynamische aantastkrachten, die de oorzaak zijn van deze proefstukscha-de, varieerden tussen 1 N en 15 N. Dit zijn botskrachten die factoren boven de gewenste meetkracht (veelal < 1 N) uitstijgen.Our research has shown that two effects play a major role in the accurate, mechanical measurement of workpieces using mechanical probes. First of all, it has been found that in particular the masses and mass moments of inertia of probe components involved in the attacking process play a major role in whether or not to damage workpieces. We are aware that measuring mechanical probes, in particular, can damage workpiece surfaces in such a way that functional damage can occur. Experiments carried out by us with mechanical probes of both types, ie both switching and measuring probes, in which steel and aluminum test specimens were attacked at different measuring speeds, resulted in damage to the test specimens under usual attack conditions. The damage to the aluminum and steel specimens consisted of spherical depressions with diameters ranging from 40 µm to 150 µm and indentations ranging from 0.1 µm to 2.5 µm depending on probe tip diameter used and attack speed. Scratches on the specimen surfaces were also found due to a skewed deflection of the probe tip, a deflection (direction) forced by the suspension mechanism connecting the locating pin to the probe housing. In all cases, the damage was attributable on the one hand to the relatively high masses and moments of inertia of the probe parts involved in the 25 attack, on the other hand, the damage was attributable to the directions of movement ("overtravel" movements) that the stylus suspension allowed. The dynamic attack forces causing this specimen damage varied between 1 N and 15 N. These are impact forces that exceed factors beyond the desired measuring force (usually <1 N).

Door ons werd aangetoond dat de botskrachten, die het onvermijdelijke gevolg zijn van mechanisch aantasten, beperkt kunnen worden door de massa’s en de massa-traagheden van de bij de aantasting betrokken tasteronderdelen zeer sterk te be- 100 3 1 75 30 -5- perken. Tevens werd aangetoond dat botskrachten op werkstukken beperkt kunnen worden door de taster gedurende de aantasting te laten roteren, in plaats van te laten transleren. Dit betekent dat, met name bij metende tasters, hogere aan-tastsnelheden zijn toegelaten voordat werkstukbeschadiging optreedt indien de 5 ophanging van de tasterstift roterende bewegingen van de tasterstift toelaat ten faveure van translerende bewegingen. In onze vinding zijn deze tekortkomingen ondervangen.We have demonstrated that the impact forces, which are the inevitable consequence of mechanical attack, can be limited by greatly limiting the masses and mass inertia of the probe parts involved in the attack. It was also shown that impact forces on workpieces can be limited by rotating the probe during the attack, instead of translating it. This means that, especially with measuring probes, higher touch rates are allowed before workpiece damage occurs if the suspension of the stylus permits rotary movements of the stylus in favor of translational movements. In our finding, these shortcomings have been overcome.

Tevens werd door ons aangetoond dat in de initiële fase van de aantasting stuite-10 ren optreedt van de tastertip, in de Angelsaksische literatuur ook wel aangeduid met ‘stylus tip bouncing’. Dit stuiteren, veroorzaakt door een plotseling contact tussen werkstuk en tastertip, welke voortbeweegt met een zekere meetsnelheid, kan aanleiding geven tot meetafwijkingen indien de linialen van de machine worden uitgelezen op het moment dat het contact tussen tasterstift en werkstuk verlo-15 ren is gegaan. Bij metende tastersystemen is het zelfs zo dat de meetsystemen van de machine en de taster in principe in het geheel niet uitgelezen mogen worden voordat het contact tussen de tastertip en het werkstuk gestabiliseerd is, het effect verergerd naarmate de meetsnelheid toeneemt. Soms kan die stabilisatietijd wel enkele tienden van seconden duren, ook bij zeer lage aantastsnelheden, zodat kost-20 bare meettijd verloren gaat. In onze vinding is een constructieve oplossing toegepast die dit ‘bouncing’ effect vermindert.We also demonstrated that in the initial phase of the damage, bounce-offs occur from the probe tip, also referred to in the Anglo-Saxon literature as "stylus tip bouncing". This bouncing, caused by a sudden contact between workpiece and probe tip, which moves at a certain measuring speed, can lead to measurement deviations if the rulers of the machine are read when the contact between probe and workpiece is lost. In the case of measuring probe systems, it is even the case that the measuring systems of the machine and the probe should in principle not be read at all before the contact between the probe tip and the workpiece has stabilized, the effect worsens as the measuring speed increases. Sometimes this stabilization time can take up to several tenths of a second, even at very low attack rates, so that valuable measurement time is lost. In our invention, a constructive solution has been applied that reduces this "bouncing" effect.

De uitvindingThe invention

De uitvinding heeft betrekking op een mechanisch tastsysteem voorzien van een 25 contactloos meetsysteem dat 6 vrijheidsgraden kan meten voor gebruik in bijvoorbeeld coördinaten meetmachines, gereedschapsmachines en robots en geschikt om met hoge snelheid geometrische eigenschappen van werkstukken te bepalen. In figuur 1 is een principeschets weergegeven van het mechanische tastsysteem. Het meetsysteem maakt gebruik van 3 lichtbundels (8), voortgebracht door lichtbron-30 nen (4) gemonteerd op een star referentieframe (1) die elk door een aparte vlakke spiegel (5) gereflecteerd worden op een eigen detector (7), die ook weer aan het starre referentieframe (1) verbonden is. Dit referentieframe is vervolgens weer star verbonden aan een as van de coördinaten meetmachine, gereedschapsmachine of 1003175 -6- robot. De vlakke spiegels (5) zijn gemonteerd op een vrij bewegend star lichaam, de zogenaamde taststiftdrager (6). Elk van de drie detectors (7) meet twee onafhankelijke translatiecomponenten die het gevolg zijn van de bewegingen van de drie lichtspots over de detectoroppervlakken, geïnitieerd door bewegingen van de tast-5 stiftdrager. Door al deze kenmerken wijkt dit meetsysteem geheel af van het meetsysteem beschreven in US 4,785,180. Deze bewegingen kunnen direct gerelateerd worden aan bewegingen van de taststiftdrager, zodat op basis van de 6 gemeten translatiecomponenten en de bekende positie- en oriëntatievectoren van de lichtbronnen, spiegels en detectors een rotatiematrix en translatievector kan worden ïo berekend, waarmee de lokatie van het bewegende starre lichaam volledig is vastgelegd ten opzichte van het referentieframe. Indien de relevante dimensies van de taststift (2) en tastlichaam (9) bekend zijn, dan kan ook een meetpunt van het werkstuk worden berekend. Deze dimensies kunnen op relatief eenvoudige wijze worden bepaald met behulp van een kalibratie.The invention relates to a mechanical touch probe provided with a contactless measuring system which can measure 6 degrees of freedom for use in, for example, coordinate measuring machines, machine tools and robots and suitable for determining geometric properties of workpieces at high speed. Figure 1 shows a basic sketch of the mechanical touch probe. The measuring system uses 3 light beams (8), produced by light sources (4) mounted on a rigid reference frame (1), each of which is reflected by a separate flat mirror (5) on its own detector (7), which is also is again connected to the rigid reference frame (1). This reference frame is then rigidly connected again to an axis of the coordinate measuring machine, machine tool or 1003175 -6 robot. The flat mirrors (5) are mounted on a freely moving rigid body, the so-called push-button carrier (6). Each of the three detectors (7) measures two independent translation components resulting from the movements of the three light spots across the detector surfaces initiated by movements of the touch probe. Due to all these features, this measuring system deviates completely from the measuring system described in US 4,785,180. These movements can be directly related to movements of the stylus carrier, so that on the basis of the 6 measured translation components and the known position and orientation vectors of the light sources, mirrors and detectors, a rotation matrix and translation vector can be calculated, with which the location of the moving rigid body is completely fixed in relation to the reference frame. If the relevant dimensions of the probe (2) and probe (9) are known, a measuring point of the workpiece can also be calculated. These dimensions can be determined in a relatively simple way using a calibration.

1515

Bij de berekening van het aantastpunt wordt er van uitgegaan dat er een eenduidige relatie bestaat tussen de positie van de tastertip en de positie en oriëntatie van het vrij bewegende starre lichaam gedurende het tijdsinterval (binnen de aan-tastingsperiode) waarin het meetsysteem wordt uitgelezen. Dit deelsysteem van de 20 taster wordt dus volkomen star verondersteld, hetgeen overigens niet ongewoon is, omdat deze veronderstelling in principe bij elke mechanische taster wordt gedaan.The calculation of the attack point assumes that there is an unambiguous relationship between the position of the probe tip and the position and orientation of the free-moving rigid body during the time interval (within the attack period) in which the measurement system is read. This subsystem of the probe is thus assumed to be completely rigid, which is incidentally not uncommon, since this assumption is in principle made with every mechanical probe.

Uiteraard is het bij dit meetsysteem niet relevant of de 3 lichtbundels worden voortgebracht door 3 lichtbronnen danwel door een ander aantal. Wèl relevant is 25 de oriëntatie van de spiegels. De normalen van deze vlakke spiegels moeten een dusdanig oriëntatie hebben, dat ze lineair onafhankelijk staan opgesteld. Dit laat dus ook andere oriëntaties van de spiegels toe dan die welke is weergegeven in figuur 1. Ook moet worden opgemerkt dat het niet essentieel is dat 3 vlakke spiegels worden gebruikt, maar 3 spiegelende vlakken waarvan de normalen lineair onaf-30 hankelijk zijn. Dit leidt ertoe dat bijvoorbeeld ook een prisma opgebouwd uit halfdoorlatende spiegels kan worden gebruikt dat één lichtbundel splitst in 3 onafhankelijke lichtbundels en reflecteert naar de verschillende detectors. Ook is het niet essentieel voor het functioneren van het contactloze meetsysteem dat de 3 vlakke 1003175 -7- spiegels op het vrij bewegende starre lichaam zijn gemonteerd. Ook de detectors en de lichtbron(nen) mogen op het vrij bewegende starre lichaam worden geplaatst, maar dan dienen de spiegels aan het vaste referentieframe gemonteerd te zijn. Tot slot moet worden opgemerkt dat de posities en de oriëntaties van de overige com-5 ponenten zoals weergegeven in figuur 1 niet essentieel zijn. Overigens is het wel aan te raden om de componenten symmetrisch op te stellen ten opzichte van de verticale as van het systeem. Dit levert het grootste meetbereik op, gecombineerd met een zo gelijkelijk mogelijk verdeelde systeemresolutie. Daarnaast levert een symmetrische opstelling van de componenten nog het voordeel dat fabricage veelal ïo eenvoudiger is en dat het thermisch gedrag van een symmetrische constructie veelal te prefereren is boven het gedrag van een niet-symmetrische constructie, in verband met materiaalspanningen en uitzettingseffecten.Of course, with this measuring system it is not relevant whether the 3 light beams are produced by 3 light sources or by a different number. However, the orientation of the mirrors is relevant. The normals of these flat mirrors must be oriented in such a way that they are arranged linearly independently. Thus, this also allows for different orientations of the mirrors than that shown in figure 1. It should also be noted that it is not essential that 3 flat mirrors are used, but 3 mirror surfaces of which the normals are linearly independent. This means that, for example, a prism built up of semipermeable mirrors can also be used, which splits one light beam into 3 independent light beams and reflects to the different detectors. It is also not essential for the functioning of the non-contact measuring system that the 3 flat 1003175 -7 mirrors are mounted on the freely moving rigid body. The detectors and the light source (s) may also be placed on the freely moving rigid body, but then the mirrors must be mounted on the fixed reference frame. Finally, it should be noted that the positions and orientations of the other components as shown in Figure 1 are not essential. Incidentally, it is advisable to arrange the components symmetrically with respect to the vertical axis of the system. This provides the widest measuring range, combined with the most evenly distributed system resolution. In addition, a symmetrical arrangement of the components also offers the advantage that manufacturing is often simpler and that the thermal behavior of a symmetrical construction is often preferable to the behavior of a non-symmetrical construction, due to material stresses and expansion effects.

In het hier gepresenteerde mechanische tastersysteem, uitgerust met het hierbo-15 ven beschreven contactloze meetsysteem, zijn de vlakke spiegels gemonteerd op het vrij bewegende starre lichaam waaraan ook de tasterstift is bevestigd. Hierdoor is de vrij bewegende constructie gevrijwaard van voedingskabels van de lichtbronnen en signaalkabels van de detectors. Dit maakt een zeer lichte constructie van de taststiftdrager mogelijk, zoals weergegeven in figuur 2. De taststiftdrager, hier 20 aangegeven met (6), en de 3 vlakke spiegels (5) hebben tezamen een massa van 0,75 g in het actuele ontwerp. Dit is zeer weinig, gezien het feit dat er ook metende mechanische tasters bestaan met een bewegende massa van 130 g. Door die zeer lage massa en de geringe geometrische afinetingen van de taststiftdrager zijn ook de diverse massatraagheidsmomenten erg klein, hetgeen het mogelijk maakt om 25 met deze taster met hoge meetsnelheid een werkstuk aan te tasten, zonder dat dit leidt tot grote botskrachten op het werkstuk.In the mechanical probe system presented here, equipped with the contactless measuring system described above, the flat mirrors are mounted on the freely moving rigid body to which the probe pin is also attached. As a result, the free-moving construction is protected from power cables from the light sources and signal cables from the detectors. This allows for a very light construction of the stylus carrier, as shown in figure 2. The stylus carrier, here indicated by (6), and the 3 flat mirrors (5) together have a mass of 0.75 g in the current design. This is very little, given that there are also measuring mechanical probes with a moving mass of 130 g. Due to that very low mass and the small geometric dimensions of the stylus carrier, the various mass moments of inertia are also very small, which makes it possible to attack a workpiece with this probe at a high measuring speed, without this leading to large impact forces on the workpiece.

Het meetvolume van het tastsysteem wordt bepaald door een aantal factoren, waarbij de grootte van de actieve detectorvlakken en de afstand tussen de spiegels 30 en de detectors de belangrijkste parameters zijn. De afstand tussen de spiegels en de detectors is deels vastgelegd door de minimaal vereiste ‘overtravel’, om schade van de tastercomponenten, na aantasting van het werkstuk en vóórdat de machine tot stilstand is gekomen, te voorkomen. In het huidige, hier gepresenteerde, ont- 1003175 -8- werp is de toegelaten overtravel zeker 8 mm in elke bewegingsrichting van de tast-stiftdrager, hetgeen ruim voldoende is. De grootte van de actieve detectorvlakken is gelimiteerd door enerzijds de gewenste resolutie van het tastersysteem en anderzijds de maximaal haalbare discretisatie van de detectorsignalen. Een discreti-5 satie is noodzakelijk om de 6 gemeten translatiecomponenten te kunnen omrekenen naar een lokatieverandering van het vrij bewegende, starre lichaam. Het door ons ontworpen meetsysteem zoals dat is ingebouwd in het tastersysteem, haalt een verplaatsingsresolutie kleiner dan 0.1 pm en een hoekresolutie van 5 prad. Het meetgebied van het meetsysteem, gemeten op de positie van de tastertip en een 10 taststiftlengte van 30 mm beslaat enkele millimeters in elke richting. Naarmate de taststiftlengte toeneemt, neemt ook het meetgebied in bepaalde aantastrichtingen toe.The measuring volume of the touch probe is determined by a number of factors, the size of the active detector faces and the distance between the mirrors 30 and the detectors being the main parameters. The distance between the mirrors and the detectors is partly determined by the minimum required overtravel to prevent damage to the probe components after damage to the workpiece and before the machine has come to a standstill. In the current design presented here, the permissible overtravel is at least 8 mm in each direction of movement of the stylus carrier, which is more than sufficient. The size of the active detector surfaces is limited by, on the one hand, the desired resolution of the probe system and, on the other hand, the maximum achievable discretization of the detector signals. A discretion is necessary in order to convert the 6 measured translation components to a location change of the freely moving, rigid body. The measuring system designed by us as built into the probe system achieves a displacement resolution of less than 0.1 pm and an angular resolution of 5 prad. The measuring area of the measuring system, measured at the position of the probe tip and a stylus length of 30 mm, covers a few millimeters in each direction. As the stylus length increases, the measuring area also increases in certain measurements.

De meetsnelheid van het ontworpen meetsysteem is in principe alleen begrensd 15 door de snelheid waarmee de lichtspots zich over het oppervlak van de detectors verplaatsen en de snelheid van de post-processing electronica die de signalen van de detectors omzetten in voor de computer bruikbare informatie. Experimenten hebben aangetoond dat het tastsysteem uiterst nauwkeurig is (meetafwijkingen < 1 pm) bij meetsnelheden die varieerden van 1 mm/s tot 20 70 mm/s, zonder dat schade ontstond aan proefstukken.The measuring speed of the designed measuring system is in principle limited only by the speed with which the light spots move over the surface of the detectors and the speed of the post-processing electronics that convert the signals from the detectors into information usable for the computer. Experiments have shown that the touch probe is extremely accurate (measuring deviations <1 µm) at measuring speeds ranging from 1 mm / s to 70 mm / s, without damage to test specimens.

Omdat het ontworpen meetsysteem in staat is om 6 graden van vrijheid te meten van het vrij bewegende starre lichaam, worden aan de ophanging van dit vrij bewegende starre lichaam in principe geen speciale eisen gesteld. Vanuit meettech-25 nisch oogpunt worden er echter wel eisen gesteld, die als volgt kunnen worden samengevat : 1. Door het beperkte bereik van het meetsysteem moet ten alle tijde worden gegarandeerd dat de taststiftdrager naar zijn rustpositie terugkeert, waarbij de 3 lichtspots zich in, of vlakbij, het nulpunt van de detectors bevinden. Verder 30 moet worden gegarandeerd dat de lichtspots op de detectors blijven gedurende versnellingen en vertragingen van de machine, omdat anders geen data-samples kunnen worden genomen indien een aantasting gedurende die beweging plaatsvindt.Because the designed measuring system is able to measure 6 degrees of freedom from the free-moving rigid body, no special requirements are imposed on the suspension of this free-moving rigid body. However, from a mechanical engineering point of view, requirements are set, which can be summarized as follows: 1. Due to the limited range of the measuring system, it must be guaranteed at all times that the stylus carrier returns to its rest position, whereby the 3 light spots are located in, or near the zero points of the detectors. Furthermore, it must be ensured that the light spots remain on the detectors during accelerations and decelerations of the machine, otherwise data samples cannot be taken if an attack occurs during that movement.

1003175 -9- 2. Een zekere stijfheid en demping is vereist om goede aantastcondities te verkrijgen. De stijfheid is vereist om een zekere (minimale) aantastkracht te garanderen gedurende de aantastingscyclus. De demping dient bij te dragen aan een reductie van de totale stuitertijd tussen tastertip en werkstuk gedurende de 5 initiële fase van de aantasting. Verder dient de demping ongewenste oscillaties van de taststiftdrager te beperken.1003175 -9- 2. A certain stiffness and damping is required to obtain good attack conditions. The stiffness is required to guarantee a certain (minimum) attack force during the attack cycle. The damping should contribute to a reduction of the total bounce time between probe tip and workpiece during the initial phase of attack. Furthermore, the damping should limit unwanted oscillations of the stylus carrier.

3. De ophanging van de taststiftdrager moet in principe ‘overtravel’-bewegingen van de taststiftdrager in de orde van grootte van enkele millimeters (gemeten op de positie van de tastertip) toelaten. Deze ‘overtravel’-bewegingen zijn ver- 10 eist om schade aan taster, machine en werkstuk te voorkomen nadat de aantasting heeft plaatsgevonden, maar voordat de machine tot stilstand is gekomen.3. The suspension of the stylus carrier must in principle allow "overtravel" movements of the stylus carrier in the order of magnitude of a few millimeters (measured at the position of the stylus tip). These overtravel movements are required to prevent damage to the probe, machine and workpiece after the attack has occurred, but before the machine has come to a standstill.

Om aan deze diverse eisen tegemoet te komen, is ook een speciale flexibele ophan-15 ging ontworpen zoals weergegeven in figuur 2 en aangegeven met (3). Ofschoon het gebruik van een flexibele ophanging bij mechanische meettasters niet nieuw is, zie bijvoorbeeld DE 27 12 181 Al, DE 35 23 904 Al en DD 287 993 A5, is de hier beschreven flexibele ophanging dat wèl. De ophanging is gemaakt uit dim veren-staalband en bestaat uit een buitenring en een binnenring, verbonden door drie 20 dunne bladveer-vormige elementen (10). Deze ophanging wijkt ook volledig af van de flexibele ophanging beschreven in DT 24 40 692 BI doordat in principe veel minder graden van vrijheid zijn vastgelegd. De openingen (11) in de buitenring hebben geen functionele betekenis. De buitenring wordt in het tasterhuis geklemd, terwijl de binnenring wordt gebruikt om de taststiftdrager te bevestigen. Door de 25 gekozen vorm van de bladveer-vormige elementen kunnen zeer grote elastische verplaatsingen in Z-richting worden toegelaten (vele millimeters), zonder dat dit consequenties heeft voor de diameter van de buitenring. Hierdoor kan de diameter van het tasterhuis beperkt blijven. Tevens laat deze constructie rotaties om een willekeurige as in het X-Y-vlak toe van enkele tientallen graden, zonder dat plasti-30 sche vervorming van de constructie optreedt. Doordat de ophanging uit plaat is vervaardigd blijft kan ook de hoogte van het tasterhuis beperkt blijven.To meet these various requirements, a special flexible suspension has also been designed as shown in Figure 2 and indicated by (3). Although the use of a flexible suspension with mechanical probes is not new, see for example DE 27 12 181 Al, DE 35 23 904 Al and DD 287 993 A5, the flexible suspension described here is. The suspension is made of dim spring steel band and consists of an outer ring and an inner ring, connected by three 20 thin leaf spring-shaped elements (10). This suspension also deviates completely from the flexible suspension described in DT 24 40 692 BI because in principle much less degrees of freedom are fixed. The openings (11) in the outer ring have no functional significance. The outer ring is clamped in the probe body, while the inner ring is used to attach the stylus carrier. Due to the chosen shape of the leaf spring-shaped elements, very large elastic displacements in Z-direction (many millimeters) can be permitted, without this having consequences for the diameter of the outer ring. The diameter of the probe housing can hereby remain limited. This construction also allows rotations about any axis in the X-Y plane of a few tens of degrees, without plastic deformation of the construction occurring. Because the suspension remains made of plate, the height of the probe housing can also be limited.

1003175 -10-1003175 -10-

Door de relatief slappe verbinding tussen de buiten- en de binnenring en de zeer lage massa worden dynamische verschijnselen, die ontstaan door het met hoge snelheid aantasten van werkstukken, niet doorgeleid naar het tasterhuis. Een gunstige eigenschap van de ophanging is dat de rotatiestijfheid van de ophanging 5 om een horizontale as gelijk is. Door een juiste keuze van de geometrie van de bladveer-vormige elementen kunnen de stijfheidsverhouding (gemeten op de positie van de tastertip) voor de diverse richtingen dusdanig gekozen worden dat de aantastkrachten voor de diverse aantastrichtingen dezelfde orde van grootte hebben.Due to the relatively weak connection between the outer and inner ring and the very low mass, dynamic phenomena, which are caused by attacking workpieces at high speed, are not passed on to the probe housing. A favorable feature of the suspension is that the rotational stiffness of the suspension 5 about a horizontal axis is the same. By a correct choice of the geometry of the leaf spring-shaped elements, the stiffness ratio (measured at the position of the probe tip) for the various directions can be chosen such that the attack forces for the various indications have the same order of magnitude.

1010

Vanwege de zeer lage inwendige demping van de uit verenstaalband geconstrueerde tasterstiftophanging, is op de bladveer-vormige elementen (10) dempend materiaal (12) aangebracht, zoals weergegeven in figuur 3. Dit dempende materiaal heeft een tweeledig doel. Enerzijds wordt hiermee de totale stuitertijd tussen tas- 15 tertip en werkstuk sterk gereduceerd, anderzijds beperkt het zeer efficiënt oscillaties van de taststiftdrager welke kunnen ontstaan ten gevolge van versnellingen en vertragingen van de machine. Ook oscillaties die ontstaan door het terug bewegen van de machine zodat de tastertip het contact verliest met het werkstuk worden zeer effectief gedempt.Due to the very low internal damping of the stylus suspension constructed from spring steel strip, damping material (12) is provided on the leaf spring-shaped elements (10), as shown in figure 3. This damping material serves a twofold purpose. On the one hand, this greatly reduces the total bounce time between the tip of the workpiece and the workpiece, on the other hand, it very efficiently reduces oscillations of the stylus carrier which can arise as a result of accelerations and decelerations of the machine. Also oscillations caused by moving the machine back so that the probe tip loses contact with the workpiece are also very effectively damped.

2020

In figuur 4 is een ophanging weergegeven welke is opgebouwd uit een buitenring en een binnenring, maar die met elkaar verbonden zijn door middel van verenstaaldraad. Door de speciale ruimtelijke constructie en de toepassing van verenstaaldraad wordt een zeer groot ‘overtraveP-bereik verkregen. Tevens kan met deze 25 constructie een stijfheid op de tastertip worden bereikt die voor elke richting bij benadering gelijk is, gegeven een bepaalde taststiftlengte. Uiteraard kan ook hier gebruik worden gemaakt van het dempende materiaal om ongewenste effecten te beperken. 1 1003175Figure 4 shows a suspension which is composed of an outer ring and an inner ring, but which are connected to each other by means of spring steel wire. Due to the special spatial construction and the use of spring steel wire, a very large 'overtraveP range is obtained. Also, with this construction, a stiffness on the probe tip can be achieved which is approximately the same for each direction, given a certain stylus length. The damping material can of course also be used here to limit undesired effects. 1 1003175

Omdat in het ontworpen systeem een duidelijke indicatie ontbreekt van het tijdsinterval waarbinnen een contact bestaat tussen tastertip en werkstuk, is een criterium geformuleerd dat aangeeft wanneer de positie van de tastertip overeenkomt met een punt op het werkstukoppervlak. Het criterium is gebaseerd op een evalu- -11- atie van de relatieve snelheid van de tastertip ten opzichte van het referentie-frame, en de snelheid van het referentieframe zelf. Een sommatie van deze twee snelheden levert bij benadering de nulvector op, en wanneer dit criterium gedurende een arbitrair in te stellen tijdsinterval (bijvoorbeeld 20 ms) waar is bevon-5 den, dan is dat een zekere indicatie van een correct meetpunt op het te meten werkstuk. In mathematische vorm ziet dit criterium er als volgt uit: vreferentie-frame + vvrij-lichaam ~ ^ Λ vreferentie-frame * ® 10 Ten behoeve van een beperking van de bandbreedte van de onzekerheid in dit criterium kan dit aangepast worden volgens :Because the designed system lacks a clear indication of the time interval within which a contact between probe tip and workpiece exists, a criterion has been formulated that indicates when the position of the probe tip corresponds to a point on the workpiece surface. The criterion is based on an evaluation of the relative speed of the probe tip relative to the reference frame, and the speed of the reference frame itself. A summation of these two speeds yields approximately the zero vector, and if this criterion is true during an arbitrarily adjustable time interval (e.g. 20 ms), then this is a certain indication of a correct measuring point on the measurement. paper. In mathematical form, this criterion looks like this: frame of contention + free body ~ ^ Λ frame of contention * ® 10 For the purpose of limiting the bandwidth of the uncertainty in this criterion, it can be adjusted according to:

Vreferentie- frame + Vvrij-lichaam - - λ vreferentie-frame * v referentie-frame 15 Bij scannen moet dit criterium niet de nulvector opleveren, maar bij benadering de snelheid van het referentieframe.Fraction frame + Vfree body - - λ Fraction frame * v Reference frame 15 When scanning, this criterion should not yield the zero vector, but approximately the speed of the reference frame.

Een overzichtstekening van de gehele constructie is weergegeven in figuur 5. Duidelijk herkenbaar zijn het tasterhuis (1), de flexibele ophanging (3), de taststift-20 houder (6) met de vlakke spiegels (5) en de detectors (7). De uitwendige diameter van het tasterhuis bedraagt 40 mm, de hoogte bedraagt ook 40 mm. De diameter en de hoogte van het tasterhuis worden voornamelijk bepaald door de relatief grote afmetingen van de detectors. Verwacht wordt dat de afmetingen van het tasterhuis, door toepassing van een andere uitvoering detectors, met tenminste 30% 25 verkleind kunnen worden. De detectors zijn in het tasterhuis gemonteerd door middel van op de detectors gelijmde pasringen (18) die de detectors centreren in de gaten in het huis. Bovendien maken deze pasringen het mogelijk om de detectors om hun eigen as te laten roteren in verband met de optimalisatie van het meetvo-lume. De pasringen worden in het tasterhuis geklemd met behulp van klemringen 30 (19). De flexibele ophanging is tegen het tasterhuis geklemd met behulp van een klemplaat (14), die uitsparingen bevat om ervoor te zorgen dat de bladveer-vormige 1003175 -12- elementen (10) ter plekke van de buitenring alleen op zuivere buiging kunnen worden belast. Boven op de klemplaat is een afdekplaat (13) bevestigd die vervuiling van het systeem moet tegengaan en de detectors afschermt van omgevingslicht. De lichtbronnen (die niet zijn weergegeven in deze overzichtstekening) wor-s den aan het tasterhuis bevestigd met behulp van een instelbaar klemmechanismen (17) die om twee loodrecht op elkaar staande assen kunnen roteren, zodat de lichtbundels op het centrum van de detectors kunnen worden ingesteld. Klemming van de lichtbronnen geschiedt met een conische bussen (16) en moeren (15). De gehele constructie is met behulp van een adapterpen (20) bevestigd aan de machine.An overview drawing of the entire construction is shown in figure 5. The probe housing (1), the flexible suspension (3), the stylus-holder (6) with the flat mirrors (5) and the detectors (7) are clearly recognizable. The outside diameter of the probe body is 40 mm, the height is also 40 mm. The diameter and height of the probe body are mainly determined by the relatively large dimensions of the detectors. It is expected that the dimensions of the probe housing can be reduced by at least 30% by using a different embodiment of detectors. The detectors are mounted in the probe housing by means of spacers (18) glued to the detectors which center the detectors in the holes in the housing. In addition, these shim rings make it possible to rotate the detectors about their own axis in order to optimize the measuring volume. The shims are clamped in the probe body using clamp rings 30 (19). The flexible suspension is clamped to the probe body by means of a clamping plate (14), which contains recesses to ensure that the leaf spring-shaped 1003175 -12 elements (10) can only be subjected to clean bending at the outer ring. A cover plate (13) is mounted on top of the clamping plate to prevent contamination of the system and shield the detectors from ambient light. The light sources (not shown in this outline drawing) are attached to the probe body using an adjustable clamping mechanism (17) that rotates about two perpendicular axes to allow the beams to be centered on the detectors set. The light sources are clamped with conical sleeves (16) and nuts (15). The entire construction is attached to the machine using an adapter pin (20).

10 -------------------- 100317510 -------------------- 1003175

Claims

2. Taking into account the system characteristics mentioned under 1., the configuration of the components of the measuring system can also be such that the mirrors are mounted on the rigid reference frame, and the detectors and the light sources are mounted on the freely moving rigid body.

3. Taking into account the system characteristics mentioned under 1., the 3 light sources can also be replaced by a different number of light sources, with the essential characteristic that in the end 3 light beams are obtained with which the flat mirrors arranged linearly relative to each other can be obtained. are irradiated.

4. Taking into account the system characteristics mentioned under 1., the three flat mirrors may also be replaced by a prism composed of semipermeable mirrors that splits one light beam into 3 independent light beams and reflects to the different detectors.

5. Taking into account the system characteristics mentioned under 1., the 3 detectors can also be replaced by a different number of detectors, with the essential feature that ultimately 6 translation components can be measured, so that the position and orientation of the free-moving rigid body can be determined relative to the reference frame.

6. Taking into account the system characteristics mentioned under 1., the measuring system is ideal for use in a mechanical touch probe 1003175 -14- suitable for measuring, at high speeds, spatial coordinates of workpieces relative to the touch probe, containing a fixed reference that can be linked to, for example, a measuring machine, machine tool or robot, and a moving part whose position and orientation in space can be measured relative to the fixed reference. The moving body basically has 6 degrees of freedom, and is connected to the fixed reference by some suspension which preferably converts a forced movement of the probe tip into a rotational movement of the moving body, the forces on the workpiece remain very low. The mechanical touch probe is suitable for both "single-point" measurements performed at low or high measuring speeds and for purposes such as high speed and frequency scanning (continuous measuring) of workpiece surfaces with a low measuring force.

7. Taking into account the system characteristics mentioned under 1. and the application mentioned under 6., but with a suspension connecting the free-moving rigid body to the reference frame, whereby the suspension allows less than 6 degrees of freedom.

8. Taking into account the system characteristics mentioned under 1. and the application mentioned under 6., a criterion has been developed with which the interval of 20 attack and the moment of attack of a workpiece can be determined on the basis of continuous or discontinuous position and orientation determination of the stylus carrier or position determination of the stylus tip connected to the moving rigid body. The criterion is based on an evaluation of the relative velocity of the probe tip relative to the reference frame and the velocity of the reference frame itself, so that a sum of these two velocities gives approximately the zero vector, and when this criterion is obtained during an arbitrary time interval to be set where has been found, a certain indication has been obtained of the presence of a correct measuring point on the workpiece to be measured, so that the criterion can be formulated as follows: 30 fringe frame + free body ~ ® Λ fringe frame * ® whereby, in order to limit the bandwidth of the uncertainty in this criterion, an adaptation can be made according to: 1003175 -15- frame-frame + v-free body - - · - a frame-frame * reference frame

9. Taking into account the system characteristics mentioned under 1. and the application mentioned under 6. using a flexible suspension made of spring steel plate with which the freely moving, rigid body can be elastically connected to the reference frame in such a way in such a way that in principle no degree of freedom is fixed and with the characteristics that this suspension has a very low mass, a small diameter, a rotational stiffness that is equal on every axis in the plate surface, combined with a low stiffness perpendicular to the plate surface -10 flat and great freedom of movement offers the free, rigid body in practically any direction of movement.

10. A suspension in accordance with the characteristics stated under 9. but manufactured from a material other than spring steel plate.

11. A suspension in accordance with the characteristics stated in 9. but locally or entirely 15 covered with a damping material.

12. Taking into account the system characteristics mentioned under 1. and the application mentioned under 6., using a suspension made of spring steel wire with which the freely moving, rigid body can be elastically connected to the reference frame in such a way. that in principle no degree of freedom is fixed and with the characteristics that this suspension has a very low mass, a small diameter and a rotational stiffness which is the same about every axis in space, combined with a stiffness measured at the position of the ball which is approximately the same for each direction, given a certain length of the stylus and which offers a large freedom of movement to the free, rigid body in any direction of movement.

13. A suspension in accordance with the characteristics mentioned under 9. but manufactured from a material other than spring steel plate.

14. A suspension in accordance with the characteristics stated in 12. but locally or fully covered with a damping material. 100 3 1 75