DD287572A5

DD287572A5 - Sonden

Info

Publication number: DD287572A5
Application number: DD89330464A
Authority: DD
Inventors: Clive Butler
Original assignee: ��@��@��@��k��
Priority date: 1988-07-05
Filing date: 1989-07-05
Publication date: 1991-02-28
Also published as: US5222304A; GB2220748A; JPH03502603A; EP0423209B1; DE68921003T2; DE68921003D1; WO1990000717A1; GB8815984D0; EP0423209A1; GB2220748B; GB8915303D0

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sonde und ein Verfahren zum Betaetigen einer Sonde fuer eine Lagebestimmungsvorrichtung und dgl. mit einem Gehaeuse und einem darin befindlichen Fuehlraum und eine OEffnung fuer den Fuehlraum, einen sich aus dem Fuehlraum durch die OEffnung heraus erstreckenden Taster, einer Traganordnung niedriger Reibung fuer den Taster um die OEffnung herum, einer Anordnung fuer das Halten des Tasters an der Traganordnung und allgemein in Richtung auf eine neutrale Achse, wobei gleichzeitig eine die Lage bestimmende Verschiebung auf der Traganordnung gegen die Halteanordnung ermoeglicht wird. Die Halteanordnung befindet sich auszerhalb des Fuehlraumes; in dem Fuehlraum ist eine Fuehlanordnung getrennt von der Halteanordnung angeordnet zum Feststellen einer direkt signifikanten Bewegung des Tasters aus der neutralen Achse ohne Beruehrung mit dem Taster und Anzeigen der signifikanten Bewegung des Tasters als eine die Lage bestimmende Verschiebung. Fig. 1{Sonde; Lagebestimmungsvorrichtung; Fuehlraum; Taster; Traganordnung; neutrale Achse; Verschiebung}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Sonden, wie sie für die Koordinaten-Messung und dgl. angewandt werden zwecks Anzeigen einer Berührung an einem Gegenstand,

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei der Koordinaten-Messung und dgl. wird ein Gegenstand durch relative Bewegung einer Sonde und eines Gegenstandes in gesteuerter Weise gemessen, und zwar üblicherweise ausgehend von einem Festpunkt, bis eine „Berührung" auf dem Gegenstand durch die Sonde angezeigt wird. Die Koordinaten der Berührungslage werden aufgezeichnet. Durch Wiederholung derartiger Vorgänge können die Dimensionen des Gegenstandes bestimmt werden.

Ziel derartiger Messungen ist es, eine Präzision von besser als ein Mikron mit einer Wiederholbarkeit von einem halben Mikron oder weniger zu erreichen. Demgemäß ist offensichtlich, daß die „8erührungs"-Wirkung ein sehr gutes Ansprechen und Fehlerfreiheit aufweisen muß. Sonden zum Erzielen einer derartigen Berührungswirkung verwenden üblicherweise ein Licht, einen dünnen Taster mit einem Kugelende aus hartem Material zwecks Inberührungkommen mit dem Gegenstand. Die Berührungswirkung führt zu einer Ablenkung des Tasters in einer Befestigungsanlage in der Sonde und dem Auftreten einer Ablenkung des Tasters, die festgestellt wird zwecks Aufzeichnen der Koordinaten.

Bekannte Sonden führen zu guten Ergebnissen bei vielen Messungen, bei einigen Messungen jedoch können sich Fehler ergeben, die nicht durch Korrekturen der aufgezeichneten Koordinaten kompensiert werden können. Eine Ursache für derartige Fehler kann darin bestehen, daß die Ablenkungen des Tasters in unterschiedlichen Richtungen unterschiedliche Beträge an Ablenkung erfordern, bevor das Feststellen eintritt. Eine weitere Ursache kann darin bestehen, daß ein durch den Taster betätigter elektromechanischen Schalter für die Abtastwirkung angewandt wird, und das Einschalten oder Ausschalten des Schalters sind nicht konsistent aufgrund einer Funkenbildung oder Korrosion der Schalterkontakte. Die bisher angewandten Sonden weisen elektrische oder mechanische Verbindungen mit dem Taster auf.

Weiterhin erfordern die Sonden eine mechanische Präzisionsherstellung, die kostspielig ist, wodurch sich ein hoher Kostenfaktor für eine Sonde ergibt. Eine derartige Sonde kann auch leicht durch eine übermäßige Belastung des Tasters beschädigt werden. Verschiedene Probleme der derzeitigen Sonden sind in Veröffentlichungen, wie in Quality Today, Februar 1988, Seite 56 und Mai 1988, Seite 22 beschrieben.

Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile weitgehend zu vermeiden. Darlegung des Wesens der Erfindung Dur Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sonde und ein Verfahren zum Betätigen einer Sonde für eine Lagebestimmungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen. Erfindungsgemäß wird eine Sonde für eine Lagebestimmungsvorrichtung und dgl. geschaffen mit einem Gehäuse und einem Fühlraum in dem Gehäuse und einer Öffnung für den Fühlraum, einem sich aus dem Fühlraum durch die Öffnung heraus

erstreckenden Taster, eine Traganordnung niedriger Reibung für den Taster um die Öffnung herum, eine Anordnung für das

Halten des Tasters an der Traganordnung und allgemein in Richtung auf eine neutrale Achse, wobei gleichzeitig eine die Lage

bestimmende Verschiebung auf der Traganordnung gegen die Halteanordnung ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, daßsich die Halteanordnung außerhalb des Fühlraumes befinde', und daß in dem Fühlraum eine Fühlanordnung getrennt von der

Halteanordnung vorliegt unter Feststellen einer direkt signifikanten Bewegung des Tasters aus der neutralen Achse ohne Berührung mit dem Taster und Anzeigen der signifikanten Bewegung des Tasters als eine die Lage bestimmende Verschiebung. Zweckmäßigerweise ist der Tasterträger mit geringer Reibung in Form einor Mehrzahl an Kugeln ausgebildet, die sich in einem Abstand um die Öffnung herum erstrecken. Der 1 aster weist eine Oberfläche auf, die wenigstens teilweise kugelförmig ist zwecks Bewegen des Trägers. Der Taster wird somit um eine Stelle geschwenkt, die der Krümmungsmittelpunkt der teilkugelförmigen

überfläche ist. Die Halteanordnung kann ein federndes, flexibles Element, wie z.B. eine Gummifolie, sein.

Nach einem anderen Merkmal wird die Halteanordnung vollständig durch eine Folie aus federndem Material gebildet, die sich

über die Öffnung erstreckt. Es ist vorteilhaft, daß die Halteanordnung eine magnetische Feldvorrichtung aufweist, durch die der

Taster auf der Ί raganordnung gehalten wird. Vorzugsweise weist die Fühlanordnurg in dem Fühlraum eine Lichtquelle auf, die auf den Taster gerichtet ist, und der Taster

trägt einen Spiegel zwecks Reflektieren des Lichtes von der Lichtquelle zurück zu der Fühlonordnung. Die Fühlanordnung

empfängt das von dem Spiegel kommende Licht, dessen Betrag sich verändert in Abhängigkeit von der Verschiebung des

Tasters. Vorzugsweise ist der Spiegel konkav. Die Lichtquelle kann ein Ende einer flexiblen Faseroptik sein, die sich von einem Lichtstrahler an dem anderen Ende der Fiberoptik entfernt von der Sonde erstreckt. Das durch den Tasterspiegel reflektierte Licht

kann durch diese Faseroptik oder eine andere Faseroptik gesammelt und einer Vorrichtung zugeführt werden, die die

Veränderung des gesammelten Lichtbetrages feststellt. Die Fühlanordnung kann eine Vorrichtung aufweisen, durch die ein Vergleich des von dem Lichtstrahler abgestrahlten Lichtbetrages und dem gesammelten Lichtbetrag erfolgt und, in Abhängigkeit

von der Kompensation des tatsächlich ausgestrahlten Lichtbetrages, eine Veränderung des gesammelten Lichtbetragesfeststellt, der sich aufgrund einer signifikanten Bewegung des Tasters ergibt.

Ein anderes Merkmal besteht darin, daß die Fühlanordnung eine Vorrichtung aufweist, durch die der Betrag der Ablenkung des Tasters aufgrund der Lagebewegung des von dem Spiegel reflektierten Lichtes bestimmt wird. Es ist vorteilhaft, daß ein Strahlenspalter für die Überführung des von dom Spiegel reflektierten Lichtes zu einem Lagedetektor

vorliegt.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildungsform kann der Taster ein scheibenförmiges Teil mit Messerkante für die Berührung mit

dem 7u messenden Gegenstand sein.

Vorzugsweise handelt es sich bei der signifikanten Bewegung des Tasters um die Verschiebung in die neutrale Achse des Teils

des Tasters, der in Berührung mit dem zu messenden Gegenstand steht.

Die Erfindung ist weiter durch ein Verfahren zum Betätigen einer Sonde für eine Lagebestimmungsvorrichtung gekennzeichnet,

derart, daß ein Taster der Sonde mit einem in der Vorrichtung angeordneten Gegenstand „in Berührung" gebracht wird, wobeidie Verschiebung angegeben wird, die der „Berührung" entspricht, und die Bewegung des Tasters darin besteht, den Teil des

Tasters in Berührung mit dem Gegenstand in eine neutrale Achse der Sonde zu verschieben. Ausführungsbeispiele

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1,1 a, 1 b: einen schematischers Querschnitt diswh den Erfindungsgegenstand und abgewandelter Ausführungsformen; Fig. 2: ein Blockdiagramm einer optoelektronischen Schaltung für den Erfindungsgegenstand; und

Fig. 3: einen Taster für die Sonde.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 ist dort ein Gehäuse 10 und ein Körper 11 mit einem Befestigungsschaft 12 und einer Abdeckung 13 gezeigt, die ein Innengewinde für die Aufnahme eines Tasterträgers 114 aufweist und weiterhin durch einen Verriegelungsring 16 befestigt ist. Im Inneren des Gehäuses befindet sich ein Fühlraum 60. Der Tasterträger 114 weist eine Öffnung 15 auf, über die sich ein federndes, flexibles Element 20 erstreckt, das z.B. eine dünne Gummifolie ist, sowie weiterhi ί durch einen Haltering 21 befestigt ist. Der Taster 40 erstreckt sich durch und ist befestigt an dem Element 20, zweckmäßigerwoise vermittels zusammengeschraubter Teile 44 und 45, die das Element umgreifen, und weist an dem inneren Ende innerhalb dos Fühlraumes 60 einen Spiegel 42 auf, der vorzugsweise konkav ist. Der Spiegel ist zweckmäßigerweise auf einem teilkugelförmigen Teil 43 des Tasters angeordnet, wobei dieses Toil auf einem Träger mit geringer Reibung ruht und zweckmäßigerweise durch drei Kugeln gebildet wird, von denen eine durch das Bezugszeichen 50 wiedergegeben ist und in einem Kugelsitz 17 ruht, der in dem Tasterträger 114 ausgebildet ist. Das flexible Teil bildet eine Abdichtung für die Öffnung. An der Abdeckung 13 ist eine Fiberoptik 30 vermittels eines geeigneten Elementes 31 angeordnet, und das Ende der Fiberoptik 30 liegt durch ein Fenster 32 in der Abdeckung 13 offen gegenüber dem Spiegel 42.

In der nicht abgelenkten neutralen Lage des Trägers befindet sich das Ende 33 der Fiberoptik in einer längsseitig neutralen Achse der Sonde, und der konkave Spiegel 42 befindet sich ebenfalls auf dieser Achse. Das federnde, flexible Element 20 steht vorzugsweise unter einer gleichmäßigen Spannung, wenn der Taster nicht abgelenkt ist. Das federnde, flexible Element stellt eine Anordnung dar, durch die der Taster auf dem Träger mit niedrigorer Reibung und in Richtung auf eine neutrale Achse gedrückt wird, wodurch eine Verschiebung des Trägers und Rückführung des Tasters in die neutrale Achse nach einer Ablenkung ermöglicht wird.

Angenäherte Abmessungen eines Beispiels der Sonde sind die nachfolgenden Werte unter Hinweis auf die Bezugszeichen nach Fig.1:

Teil 43	13 mm Durchmesser
Kugeln 50	4 mm Durchmesser
öffnung 15	30 mm Durchmesser
Teil43-Element20	9 mm angenähert.

Es ist natürlich möglich, auch Sonden kleinerer Abmessung herzustellen. Weitere konstruktive Einzelheiten, geeignete Materialien und Abschirmung gegenüber Streulicht ergeben sich ohne weiteres für den einschlägigen Fachmann. Der Erfindungsgegenstand arbeitet wie folgt: Licht von dem Ende 33 der Faseroptik wird längs der angegebenen, nicht abgelenkten, längsseitigen neutralen Achse in Richtung auf den Spiegel 42 zwecks Auftreffen darauf geführt. In der nicht abgelenkten Lage des Tasters wird das Licht von dem Ende 33 der Faseroptik zurückzu diesem Ende 33 reflektiert und kehrt längs der Faseroptik zurück. Durch geeignete und allgemein bekannte Arbeitsweisen, wie eine Strahlenspaltung, kann das von dem Spiegel reflektierto Licht mit dem darauf einfallenden Licht in einer geeigneten optoelektronischen Vorrichtung, wio einem Komparator, verglichen werden.

Sobald der Taster aus der neutralen Achse abgelenkt wird, dreht sich das toilkugelförmige Teil 43 um seinen Krümmungsmittelpunkt durch die Bewegung über die Kugeln 50 und wird durch das Element 20 gegen die Kugeln gehalten. Der Spiegel bewegt sich mit dem Teil 43, und das durch den Spiegel reflektierte Licht wird weg von dem Ende 33 der Faseroptik

gerichtet. Der Betrag des längs der Faseroptik zurückkehrenden reflektierten Lichtes wird verringert, und durch eine geeignete Anordnung wird ein Signal durch den Komparator ausgelöst, das einen Hinweis darauf gibt, daß eine Verringerung eingetreten ist. Sobald die Ursache der Abdeckung nicht mehr vorliegt, führt das Element 20, hier wiedergegeben als federndes flexibles Element, den Taster zurück in die nicht abgelenkte Lage.

Anhand der obigen Erläuterung ergibt sich, daß der Erfindungsgegenstand wesentlich einfacher aufgebaut ist als die bisher bekannten einschlägigen Vorrichtungen, und das Feststellen des Auftretens in Ablenkung des Tasters bedarf nicht einer elektromechanischen Schaltung, und der Fühlvorgang wird nicht durch die Richtung der Ablenkung des Tasters beeinflußt. Der Erfindungsgegenstand weist jedoch noch weitere verschiedene Vorteile auf, die nachfolgend erläutert werden. Der Komparator ist vorzugsweise so angeordnet, daß eine Verringerung des reflektierten Lichtes nur dann angezeigt wird, wenn eine wesentliche Verringerung auf einen vorher bestimmten Wert eingetreten ist.

Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dieser vorher bestimmten Verringerung um eine derartige, die dann eintritt, W6nn die Kugel 41 auf dem Taster durch Berührung mit einem Körper abgelenkt wird, so daß sich der Berührungspunkt auf der Kugel 41 auf der oben angegebenen neutralen Achse befindet.

Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß der Taster nicht genau in die neutrale Achsenlage durch die Einwirkung des Elementes 20 zurückgeführt werden muß. Soweit der Tester ausreichend nahe an die neutrale Achse zurückgeführt wird unter Reflektieren des Lichtes auf einer. Wert über den vorher bestimmten Wert, wird die nächste Messung genau sein. Gegebenenfalls kann das durch die Faseroptik 30 ausgebildete Licht überwacht werden, um so sicherzustellen, daß eine Kompensation für jedwede Veränderung in dem Strahlenwert sichergestellt wird, und zwar nachdem festgestellt worden ist, daß die vorher bestimmte Verringerung durch Bewegung des Tasters und somit des Spiegels 42 eingetreten ist. Die bevorzugte optische Anordnung besteht darin, daß sich der Krümmungsmittelpunkt des Spiegels an der Oberfläche 33 der Faseroptik 30 befindet und der Spiegel eine teilkugelförmige, konkave, reflektierende Oberfläche besitzt, die ausreichend groß ist, um möglichst viel des von der Faseroptik kommenden Lichtes (in der neutralen Achsenlage) aufzunehmen. Wenn beispielsweise die Faseroptik eine numerische Öffnir ig von 0,47 besitzt, beläuft sich der Krümmungsradius des Spiegels auf r, und der Durchmesser des teilkugelförmigen Teils d entipricht der Gleichung d = 0,94 r. Der Koeffizient von r ist tatsächlich der zweifache Wert des arcus sinus der numerischen Öffnung. Es zeigt sich, daß ein Durchmesser der Faseroptik in der Größenordnung von 1 mm zweckmäßig ist, da diese größere Größe Ausrichtungsprobleme verringert. Es kann der Faseroptik 30 Licht durch eine Infrarot-LED (etwa 950 nm) zugeführt werden, und zwar handelt es sich hierbei im wesentlichen um eine herkömmliche Form, die jedoch durch Wegschlßifen der Diffusorlinse unter Erhöhen der Lichtübertragung auf die Faseroptik multipliziert ist. Die LED befindet sich zweckmäßigerweise in einer Entfernung von der Sonde, z. B. an dem anderen Ende von etwa 1 m der Faseroptik 30. Das der Faseroptik zugeführte Licht kann durch eine weitere Faseroptik überwacht werden, die das Licht von dem hinteren Ende der LED aufnimmt.

Der richtige Betrieb des optischen Systems wird dadurch sichergestellt, daß das teilkugelförmige Teil 43 in Berührung mit den drei Kugeln 50 gehalten wird, die im gleichen Abstandsverhältnis in dem Sondenträger 14 vorliegt, und zwar vermittels einer Vorrichtung, wie z. B. ein federndes flexibles Element 20, das sich unter einer bestimmton Spannung durch die Verbindung mit dem Taster befindet, wodurch das Element in den Träger 14 hineingezogen wird, selbst dann, wenn sich der Taster in der neutralen Achse befindet. In dieser Weise bewegt sich das teilkugelförmige Teil 43 ebenfalls um den Mittelpunkt der kugelförmigen Oberfläche des Teils.

Abrieb und Reibung sollten vermieden werden, und somit können die Kugeln 50 aus rostfreiem Stahl oder anderem harten Material, wie Rubin oder Wolframkarbid, bestehen, und weiterhin sollten diescibun hochpräzise kugelförmig sein. In ähnlicher Weise kann das Teil 43 aus Phosphorbronze oder rostfreiem Stahl bestehen. Weiterhin sollte dieses Element ebenfalls hochpräzise kugelförmig sein. Die Faser 30 und das Element 20 sind vorzugsweise für die genaue Einstellung der Vorrichtung einstellbar.

Die Fig. 2 zeigt eine Schaltung für eine Ausführungsform der optoelektronischen Schaltung in Form des Komparators. Es wird hier bei Eintreten der vorher bestimmten Verringerung des reflektierten Lichtes ein Triggersignal ausgelöst. Es ist eine sorgfältige elektrische Abschirmung erforderlich, um Fehlergebnisse zu vermeiden. Für den Fachmann ergibt sich anhand der Schaltung der drforderlicho Aufbau für den Komparator. Kurz umrissen liegt eine Lichtquelle 70 vor, die eine Infrarot-LED 71 aufweist, die Licht der Faseroptik 30 zuführt. Das der Faseroptik 30 zugeführte Licht wird durch den Schaltkreis 72 überwacht, der die Fotodiode 73 aufweist und auf das Licht von der Infrarot-LED 71 anspricht. Das von dem Spiegel 42 reflektierte Licht, das längs der Faseroptik 30 zugeführt wird, fällt auf die Fotodiode 75 der Schaltung 74. Die Ausgangssignale des Schaltkreises 72 und der Schaltung 74 werden in einer Schaltung 76 verglichen und ergeben ein Ausgangssignal an der Anschlußklemme 77, z. B. als Triggersignal für die Koordinaten-Meßvorrichtung.

Die Ablenkung dos reflektierten Lichtes kann ebenfalls durch Anwenden einer Faseroptik festgestellt warden, die einen Faserkern besitzt, längs dessen Licht zugeführt wird, sowie eine äußere Faserschicht, längs derer das abgelenkte Licht zu einem Detektor zurückgeführt wird.

Unter bestimmten Bedingungen kann ein flex^:bles Element aus Gummi oder dgl. eine Verschlechterung der Materialeigenschaften erfahren oder Hystore.· is zeigen. Um diese Probleme zu vermeiden, kann ein Element aus dünnem Metall angewandt werden. Die Fig. 1 a zeigt die Form des entsprechenden Teils nach Fig. 1, wenn ein Motalloloment hierfür angewandt wird.

Der Tasterträger 114 ist mit Innengewinde zur Aufnahme einer mit Gewinde versehenen Halterung 121 ausgerüstet, die eine entsprechende Vorrichtung aus einem Metalldiaphragma oder Federelement 120 an Ort und Stelle hält. Der Taster ist zweckmäßigerweise mit dem Element in der oben beschriebenen Weise durch Verschrauben der Teile 44 und 45 verbunden. Es ist ein Sitz 118 vorgesehen, durch den sich der Durchmesser des Elements 120 nach Einbau ergibt. Das Element 120 muß für das Einsetzen in den Sitz 118 ein wenig „gewölbt" werden. Dieses Wölben führt zu einer Spannung in dem Element, die dazu dient, den Taster gegen den Träger niedriger Reibung zu drücken. Zweckmäßigerweise ist das Element z. B. mit konzentrischen Zonen gewellt. Das Element kann dadurch „gewölbt" werden, daß dasselbe in dem Sitz 118 gezwungen wird, wobei das Element geringfügige Übergröße bezüglich des Sitzes besitzt.

Wenn eine entsprechende Anordnung vermittels eines Magnetfeldes angewandt wird, kann dasselbe durch eine oder mehrere Permanentmagneten innerhalb der Öffnung 15 auf dem Tasterteil 44 ausgebildet werden, und um die Innenseite der Öffnung 15

um den Umfang herum eine Erregerspule angeordnet werden. Das Erregen der Spule kann insgesamt oder örtlich einstellbar sein, um die entsprechenden erforderlichen Wirkungsformen zu erzielen. Eine Membran zwischen dem Taster und dem Tasterträger 114 kann dazu angewandt werden, eine Dichtung auszubilden und gegebenenfalls eine Hilfspositionierung zu erzielen.

Wie weiter oben erläutert, ist die Fühlanordnung zweckmäßigerweise so angeordnet, daß ein „Schaltausgangssignal" ausgebildet wird, das den Zustand nur nach einer bestimmten Größe der Tasterbewegung verändert. Gegebenenfalls kann sich das Ausgangssignal verändern, um den Betrag der Bewegung anzuzeigen, d.h., es handelt sich um ein analoges Ausgangssignal. Die Fig. 1 b zeigt eine Anordnung. Es ist hier ein Strahlenspalter 35 in dem Lichtweg 34 von der Faseroptik angeordnet. Das von dem Spiegel 42 reflektierte Licht wird von der Linie des Lichtweges 34 und sodann durch den Strahlenspalter 35, z. B. wie bei 39 gezeigt, abgelenkt und fällt auf einen Deflektor 36, der die Lage des abgelenkten Strahls identifizieren kann. Eine Detektoranordnung oder eine andere Vorrichtung kann dazu angewandt werden, die Bewegung des Strahls längs des Pfeils 37 anzuzeigen. Das Ausgangssignal des Detektors 36 ist über die Verbindung 38 zugänglich. Diese

Anordnung ergibt eine Überwachung der Sondenlage in der X-Y-Ebene, z. B. zwecks schnellen Abtastens der Oberflächen und Messungen, wenn die Koordinaten-Meßvorrichtung stationär ist und die Sonde auf einer Oberfläche ruht, und führt zu hochpräzisen Messungen.

Eine „Auslöser'-Anordnung kann auf das Ausgangssignal des Detektors ansprechen, um die Arbeitsweise der Meßvorrichtung zu unterbrechen und die Daten zu lesen.

Es können analoge Messungen durchgeführt werden, nachdem die Arbeitsweise der Meßvorrichtung unterbrochen worden ist, wodurch Vibrationsprobleme vermieden werden. Analoge Messungen können geringere Anforderungen bezüglich der Rückstellung des Tasters ermöglichen.

Es ist bevorzugt, daß die Fasen, in der oben beschriebenen Weise angeordnet werden, jedoch sind auch andere Anordnungen möglich. So kann sich z, B. die lichtzuführende Faser auf der Achse und die das Licht aufnehmende Faser längs derselben befinden. Jede „Keulenbildung" In dem Fühlmuster kann vorhergesagt und durch eine elektronische Schaltung kompensiert werden, die die durch das reflektierte Licht ausgebildeten Ausgangssignale verarbeitet.

Ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Sonden besteht darin, daß die Schaltwirkung auf den verschobenen Taster .sauber" und schnell ist, da keine mechanischen Schaltelemente vorliegen. Es wird Licht (infrarot, sichtbar oder ultraviolett) für die Strahlung angewandt, die dazu dient, die Bewegung des Spiegels und somit des Tasters festzustellen; es können jedoch bei entsprechender Modifizierung auch andere Strahlungsarten Anwendung finden, sogar eine Veränderung der elektrischen Kapazität ist möglich. Licht ist zweckmäßig, da es relativ leicht fokussiert und reflektiert werden kann und mit hoher Genauigkeit arbeitet, indem kein mechanischer Schalter vorliegt, ist eine geringere Kraft zum Bewegen des Tasters erforderlich, und es ergibt sich eine saubere Schaltungswirkung.

Hilfreich ist weiterhin, daß es nicht erforderlich ist, den Taster in eine genaue axiale Lage zurückzuführen, und die Anordnung wie das federnde, flexible Element braucht nicht besonders präzise ausgeführt zu sein, vorausgesetzt, daß es ausreichend ist, den Spiegel in die erforderliche Fläche und die neutrale Achse zurückzuführen. Auch andere entsprechende Vorrichtungen können angewandt werden. Hierzu gehört die Einwirkung der Schwerkraft, des magnetischen Feldes oder ein Luftfluß. Der Taster kann auch durch Luft getragen werden. Die Anordnung eines Teils der Fühlvorrichtung, entfernt von dem Fühlraum, kann die Größe der Sonde verringern.

Fig. 3 zeigt einen verbesserten Taster, durch den die Leistungsfähigkeit der Sonde auf bestimmten Oberflächen verbessert werden kann, und zwar insbesondere glatt gekrümmte Oberflächen, wie man sie auf Luftflügeln oder bestimmten medizinischen Vorrichtungen, wie Prothesen, findet. Die in der Fig.3 gezeigte Form kann so angeordnet werden, daß sich das Teil 70 auf der Tasterwelle als eine Achse dreht. Es ist eine Genauigkeit von 1 pm oder besser für das Drehen des Tasters 70 bevorzugt. Diese Anordnung kann erheblich den Bewegungswideratand bei großen Annäherungswinkeln verringern, wobei sich das Teil 70 dreht.

Aus Gründen der Einfachheit zeigt die Fig. 3 lediglich die Teile nach Fig. 1 um das Teil 43 herum, zusammen mit dem verbesserten Taster 70, und ein typisches, nicht kugelförmig gekrümmtes Objekt 80, wie einen Teil einer Prothese für den Knochenersatz. (Die genaue Prothesenart ist nicht wichtig, jedoch müssen derartige Gegenstände sehr genau vermessen werden, und deren nicht kugelförmige Teile verursachen erhebliche Problemo bei der Messung).

Der verbesserte Taster 70 tritt an die Stelle eines herkömmlichen Tasters mit Kugelende. Der Taster 70 ist zweckmäßigerweise eine Scheibe mit Messerkante und so angeordnet, daß die neutrale Achse durch die Scheibenebene an deren Mittelpunkt hindurchtritt. Geeignete Bauformen und Materialien ergeben sich ohne weiteres für den Fachmann, und so kann z. B. ein entsprechender Taster aus Metall gedreht und die Messerkante gegebenenfalls gohärtet werden.

Ein derartiger Taster tritt an die Ausführungsform mit dem Kugelende und wird mit dem zu messenden Gegenstand in Berührung gebracht. Auch hier ist die Ablenkung des Tasters, die durch den Komparator bestimmt wird, der Vorgang, der zwischen der Oorührungsstelle des Tasters und einem zu messenden Gegenstand eintritt. Es ist die neutrale Achse des Tasters.

Bei dem Taster mit dem Kugelende verändert sich die Messung bei Veränderung des Berührungspunktes zwischen der Kugel und dem Gegenstand während der Bewegung über die Oberfläche der Kugel. Diese Veränderung ergibt sich anhand des Vergleiches der Lagen M1; M 2 in Fig. 3. Die Geometrie der Veränderung der Messung ist ohne weiteres ersichtlich. (Die Veränderung tritt natürlich selbst bei der hier beschriebenen verbesserten Sonde ein, wenn ein herkömmlicher Taster angewandt wird).

Im Gegensatz hierzu ergibt sich bei der Messerkante des verbesserten Tasters 70 nach Fig. 3 eine derartige Veränderung nicht.

Die Sonde wird zweckmäßigerweise an einer Präzisionskupplung bekannter Art in einer Koordinaton-Meßvorrichtung angeordnet, wodurch die Sonde aus einer Lage, in der die neutrale Achse senkrecht ist, in eine waagerechte Lage bewegt worden kann. In dieser Weise kann die zweidimensional Wirksamkeit der Sonde für eine dreidimensionale Messung angewandt werden.

Der hier beschriebene Erfindungsgegenstand führt zu einer verbesserten Sonde für Koordinaten-Meßvorrichtungen und weiterhin zu einem verbesserten Taster.

Claims

1. Sonde für eine Lagebestimmungsvorrichtung und dgl. mit einem Gehäuse und einem Fühlraum in dem Gehäuse und einer Öffnung für den Fühlraum, einem sich aus dem Fühlraum durch die Öffnung heraus erstreckenden Taster, eine Traganordnung niedriger Reibung für den Taster um die Öffnung herum, eine Anordnung für das Halten des Tasters an der Traganordnung und allgemein in Richtung auf eine neutrale Achse, wobei gleichzeitig eine die Lage bestimmende Verschiebung auf der Traganordnung gegen die Halteanordnung ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Halteanordnung außerhalb des Fühlraums befindet, und daß in dem Fühlraum eine Fühlanordnung getrennt von der Halteanordnung vorgesehen ist zum Festhalten einer direkt signifikanten Bewegung des Tasters aus der neutralen Achse ohne Berührung mit dem Taster und Anzeigen der signifikanten Bewegung des Tasters als eine die Lage bestimmende Verschiebung.

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Traganordnung für den Taster geringer Reibung in Form einer Mehrzahl an Kugeln vorliegt, die im Abstandsverhältnis um die Öffnung herum vorgesehen sind, und daß der Taster eine Oberfläche besitzt, die wenigstens teilweise kugelförmig ist unter Bewegen derTraganordnung, wodurch der Taster um eine Stelle geschwenkt wird, die der Krümmungsmittelpunkt der teilkugelförmigen Oberfläche ist.

3. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteanordnung eine Materialfolie ist.

4. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteanordnung wenigstens ein federndes, flexibles Element aufweist.

5. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteanordnung vollständig durch eine sich über die Öffnung erstreckende Gummifolie gebildet ist.

6. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteanordnung vollständig durch eine Folie aus federndem Material gebildet wird, die sich über die Öffnung erstreckt.

7. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteanordnung eine magnetische Feldvorrichtung aufweist, durch die der Taster auf der Traganordnung gehalten wird.

8. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlanordnung in dem Fühlraum eine Lichtquelle aufweist, die auf den Taster ausgerichtet ist und daß der Taster einen Spiegel trägt, um das Licht von der Lichtquelle zurück zu der Fühlvorrichtung zu reflektieren.

9. Sonde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Betrag des von dem Spiegel kommenden und durch die Fühlanordnung empfangenen Lichts in Abhängigkeit von der Verschiebung des Tasters verändert.

10. Sonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel konkav ist.

11. Sonde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Ende einer flexiblen Faseroptik ist, die sich von einer Lichtquelle an dem anderen Ende der Faseroptik entfernt von der Sonde erstreckt.

12. Sonde nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Spiegel reflektierte Licht durch die Faseroptik gesammelt und einer Vorrichtung zugeführt wird, durch die eine Veränderung in dem Betrag des gesammelten Lichtes festgestellt wird.

13. Sonde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlanordnung eine Vorrichtung aufweist, durch die der von der Strahlenquelle abgestrahlte Lichtbetrag und der gesammelte Betrag verglichen werden, und eine Veränderung des gesammelten Lichtbetrages in Abhängigkeit von der signifikanten Bewegung des Tasters bestimmt wird unter Berücksichtigung der Kompensation für den tatsächlich abgestrahlten Lichtbetrag.

14. Sonde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlanordnung eine Vorrichtung aufweist, durch die der Betrag der Ablenkung des Tasters aufgrund der Lagebewegung des von dem Spiegel reflektierten Lichtes bestimmt wird.

15. Sonde nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlenspalter für die Überführung des von dem Spiegel reflektierten Lichtes zu einem Lagedetektor vorliegt.

16. Sonde nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster ein scheibenförmiges Teil mit Messerkante für die Berührung eines zu messenden Gegenstandes aufweist.

17. Sonde nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die signifikante Bewegung darin besteht, das Teil des Tasters in Berührung mit einem zu messenden Gegenstand in die neutrale Achse zu verschieben.

18. Verfahren zum Betätigen einer Sonde für eine Lagebestimmungsvorrichtung und dgl., dadurch gekennzeichnet, daß ein Taster der Sonde mit einem in der Vorrichtung angeordneten Gegenstand „In Berührung" gebracht wird, und Angabe einer Verschiebung, die der „Berührung" entspricht, wobei die Bewegung des Tasters darin besteht, den Teil des Tasters in Berührung mit dem Gegenstand in eine neutrale Achse der Sonde zu verschieben.

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