DE1905909B2

DE1905909B2 - Abtasteinrichtung zur koordinaten- registrierung von punkten einer dreidimensionalen oberflaeche

Info

Publication number: DE1905909B2
Application number: DE19691905909
Authority: DE
Inventors: Earle H Detroit Mich. Stevenson (V.St.A.)
Original assignee: Ford-Werke AG, 5000 Köln
Priority date: 1968-04-18
Filing date: 1969-02-06
Publication date: 1977-10-20
Also published as: DE1905909A1; FR2006417A1; US3531868A; DE1905909C3; GB1197145A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektro-mechanische Abtasteinrichtung zur Koordinaten-Registrierung von Punkten charakteristischer Linien von dreidimensionalen Oberflächen nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1. Sofern bei einer solchen Koordinaten-Registrierung Linien anfallen, entlang deren Verlauf die mit der Abtasteinrichtung auszumessende Oberfläche plötzliche Höhensprünge aufweist, so Kann dabei die Spitze der Abtastnadel nicht unmittelbar einem solchen Höhensprung zur Erfassung der für die beiden Oberflächenpunkte maßgeblichen Koordinaten folgen, die bei einem hinreichend engen gegenseitigen Abstand auf der betreffenden Linie beispielsweise für den Beginn und das Ende eines solchen Höhensprunges charakteristisch sind. Bekannt ist (GB-PS 9 89 707), bei einer solchen Abtasteinrichtung beispielsweise zur Messung des jeweiligen Durchmessers einer Vielzahl an einem Werkstück ausgebildeter Bohrungen den die Abtastnadel halternden Kopf für eine Grobeinstellung der Nadelspitze auf eine charakteristische Durchmesserlinie dieser Bohrungen in eine bestimmte Schwenklage zu der Längsachse des diesen Kopf tragenden Armes einzustellen, so daß bei der Drehung des Armes um diese Längsachse die Spitze der Abtastnadel unter entsprechend optimalen Bedingungen der betreffenden Durchmesserlinie folgen kann, auf die sie zuvor eingestellt wurde. Indessen ist es auch damit nicht möglich, größere Höhensprünge entlang einer solchen charakteristischen Durchmesserlinie mit einer hinreichenden Genauigkeit zu erfassen, weil der die Abtastnadel halternde Kopf nicht dazu eingerichtet ist, die Spitze der Abtastnadel den extremeren Winkeländerungen unmittelbar folgen zu lassen, die für die Normalen der Oberflächenpunkte charakteristisch sind, welche am Beginn und am Ende eines solchen Höhensprunges liegen.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Abtasteinrichtung dieser Art so auszubilden, daß auch solche extremeren Höhensprünge im Verlauf einer bei der Koordinaten-Registrierung einer dreidimensionalen Oberfläche anfallenden charakteristischen Linie unmittelbar erfaßt werden können, ohne daß es dafür erforderlich ist, die Bewegung der Abtastnadel für eine Neueinstellung ihrer Spitze zu unterbrechen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen, die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführt sind. Indem damit für die Einstellung der Abtastnadel zwei weitere, sich in deren Spitze schneidende Achsen zusätzlich zu den drei koordinaten Achsen bereitgestellt werden, ist es ohne Beeinflussung der jeweiligen Koordinaten-Registrierung möglich, die Spitze der Abtastnadel in eine optimale Relativlage bezüglich der beiden Oberflächenpunkte zu bringen, die für den Anfang und das Ende eines betreffenden Höhensprunges im Verlauf einer gerade ausgemessenen Linie charakteristisch sind. Für diese beiden Oberflächenpunkte werden folglich genauestens reproduzierbare Koordinatenwerte registriert, wobei gleichzeitig die Lage dieser beiden zusätzlichen Einstellachsen für die Abtastnadel so gewählt ist, daß es dabei absolut keine Rolle spielt, nach welcher Richtung die mit der Abtastnadel abzutastende Oberfläche eine solche sprunghaft größere Unregelmäßigkeit aufweist. Die beiden für die Abtastnadel zusätzlich zur Verfügung gestellten Einstellachsen geben also die Möglichkeit, die Abtastnadel zur Anpassung an jede beliebige Oberflächenform in eine entsprechende Vielzahl von Relativlager) einzustellen, ohne daß es dabei jeweils erforderlich wäre, die für die Spitze der Abtastnadel maßgeblichen Koordinatenwerte für jede neue Einstellung neu festzulegen. Mithin kann mit dieser Abtasteinrichtung eine kontinuierliche Koordinaten-Registrierung des Verlaufs einer charakteristischen Linie einer dreidimensionalen Oberfläche auch dann vorgenommen werden,

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eben diese Linie auch extremere Unregelmäßigkeiten aufweist, die bei den bis jetzt bekannten Abtasteinrichtungen dieser Art nur über eine jeweilige Unterbrechung dieser Registrierung mit einer nachfolgenden Neueinstellung erfaßt werden k -nnten.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den einzelnen Unteransprüchen erfaßt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung chematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. E-, zeigt .

Fig. IA und IB in isometrischer Darstellung eine Oberflächen-Abtasteinrichtung zum Messen der Oberflächendaten eines dreidimensionalen Tonmodells einer Kraftfahrzeug-Karosserie,

Fig.2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Teils der Einrichtung nach F i g. 1,

pjg 3A und 3B eine Draufsicht auf die Einrichtung gemäß F i g- 2,

Fig 4, 5 und 6 alternative Ausführungsformen des Gestells der erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung,

Fig 7A bis 7E in vergrößertem Maßstab den die Abtastnadel halternden Kopf der Abtasteinrichtung gemäß F i g-1 in verschiedenen Lagen,

"·- 7F einen Schnitt nach der Linie 7F-7F der

Fig.7D,

Fig.7G einen Schnitt nach der Linie TG-TG der

Fig-7D,

F i g- 8A bis 8L in schematischer Ansicht die Richtung, in welcher der Abtastkopf entlang charakteristischer Linien des dreidimensionalen Tonmodells bewegt wird,

Fig.9 den die Abtastnadel halternden Abtastkopf der Einrichtung gemäß F i g. 7,

Fig. 10 einen Längsschnitt durch den Abtastkopf gemäß F ig. 9, und

F i g. 11A und 11B eine Ausführungsform, bei welcher die Steuerkonsole und die Oberflächen-Abtasteinrichtung auf einem gemeinsamen Gestell montiert sind.

Ein dreidimensionales Modell 10 einer Kraftfahrzeug-Karosserie ist vorzugsweise aus Ton im Maßstab 1 :1 geformt. Seine Oberfläche kann mit einer relativ harten Deckmasse beschichtet und poliert sein. Das Modell ist durch eine Platte 12 abgestützt. Eine Oberflächen-Abtasteinrichtung 14 umfaßt eine Basis 16 und eine daran befestigte Säule 18. Eine Abtastnadel 20 ist durch einen Kopf 22 gehaltert, der am einen Ende eines horizontalen Armes 24 abgestützt ist. Die Basis 16 bildet einen Wagen für die Säule 18 und ist durch eine transportable oder bewegliche Plattform 26 abgestützt, welche aufrechte Seitenwände 28 und 30 und eine Basisplatte 32 umfaßt. Rollen 34, die auf dieser Basisplatte 32 laufen, bewegen die Basis 16 in Richtung der V-Achse, die in Richtung der Achse des Armes 24 verlaufen soll und mithin quer zur Symmetrieebene des Modells 10 liegt. Die X-Achse verläuft parallel zur Symmetrieachse des Modells 10 oder fällt mit dieser zusammen. Die Z-Achse ist eine vertikale Gerade, die parallel zur Symmetrieebene des Modells 10 verläuft oder in dieser liegt. Die Plattform 26 umfaßt eine Vielzahl von die Abtasteinrichtung abstützenden Trägern 36,38 und 40, die an der Außenseite der Wand 28 befestigt sind. Die Basisplatte 32 bildet eine Spur für den Wagen 16. Eine Wand 42 liegt am einen Ende dieser Spur, und eine Wand 44 liegt am gegenüberliegenden Ende. Eine Schwenkrolle 46 ist am einen Ende der Plattform 26 gelagert und erleichtert ein Bewegen der Plattform 26 entweder in Richtung der X-Achse oder in Richtung der V-Achse. Eine gleichartige Schwenkrolle kann am anderen Ende der Plattform 26 befestigt sein. Die Träger 36 und 40 sind mit gleichartigen Schwenkrollen 48 und 50 versehen. Außerdem ist für diese beiden Träger je eine mittels einer Stellschraube 52 bzw. 54 von Hand heb- und senkbare Rolle vorgesehen. Der Träger 36 stützt sich über einen Fuß 56 gegenüber dem Boden ab. Die Höhe dieses Fußes läßt sich mittels einer Stellschraube einstellen. Für die Träger 38 und 40 sind gleichartige Füße 58 und 60 vorgesehen. Wie aus den F i g. 2 und 3 hervorgeht, sind für die andere Seite der Plattform 26 Schwenkrollen und Abstützfüße in gleichartiger Art und Weise vorgesehen.

Auf der Plattform 26 ist für die V-Aohse ein Servo-Antriebsmotor 62 montiert, welcher die Führungsspindel 64 dreht. Diese Führungsspindel ist mit dem Wagen 16 über einen geeigneten, durch sie bewegten Mitnehmer verbunden. Wenn der Motor 62 die Führungsspindel 64 dreht, dann wird der Wagen 16 in Richtung der X-Achse vor- oder zurückbewegt. Ein Präzisions-Nivellierinstrument 66 dient der Ausrichtung der Säule 18 in einer ersten vertikalen Ebene und ein entsprechendes Nivellierinstrument 68 dient der Ausrichtung der Säule 18 in einer zweiten vertikalen Bezugsebene. Diese Instrumente können durch den Wagen 16 getragen sein. Der Wagen 16 trägt auch eine y-Achse-Digital-Meßeinrichtung 70, welche ein nicht dargestelltes Ritzel umfaßt, das mit der V-Achse-Zahnstange 72 in Eingriff steht. Wenn der Wagen 16 in Richtung der X-Achse bewegt wird, dann erzeugt die Digital-Meßeinrichtung 70 für jede Bewegungsstufe einen Impuls. Die Digital-Meßeinrichtung erzeugt also beispielsweise einen einzigen Spannungsimpuls, wenn der Wagen 16 um 0,025 mm bewegt wird.

Die Säule 18 erstreckt sich durch eine Hülse 74 hindurch, die sich über einen Körper 76 erhebt. Die Hülse 74 ist mit einer geeigneten, nicht dargestellten Lageranordnung versehen, um eine vertikale Einstellung des Körpers 76 in Richtung der Z-Achse entlang der Säule 18 zu ermöglichen. Die Säule 18 ist mit einer Z-Achse-Zahnstange 78 versehen, mit welcher ein nicht dargestelltes Antriebsritzel in Eingriff steht, das durch den durch die Hülse 74 getragenen Z-Achse-Servo-Antriebsmotor 80 in Umdrehung versetzt wird. Wird der Motor 80 eingeschaltet, dann wird die Hülse 74 und mit ihr der Körper 76 angehoben oder abgesenkt. Die Lage des Körpers 76 in bezug auf die Z-Achse wird durch eine Z-Achse-Digital-Meßeinrichtung 82 zur Anzeige gebracht, die ein durch die Zahnstange 78 angetriebener Impulsgenerator ist. Wenn der Körper 78 bewegt wird, dann erzeugt er für jede Bewegungsstufe in dec Größenordnung von beispielsweise 0,025 mm einen für die Z-Achse gültigen Spannungsimpuls. Je nach der Bewegungsrichtung des Körpers 76 können diese Spannungsimpulse entweder addiert oder subtrahiert werden. Der Körper 76 ist mit einer horizontalen öffnung versehen, welche den Arm 24 aufnimmt. Der Körper 76 ist mit geeigneten Lagern versehen, um eine horizontale Einstellung des Armes 24 in bezug auf die X-Achse zu ermöglichen. Der Arm 24 ist mit einer Zahnstange 84 versehen, mit welcher ein nicht dargestelltes Ritzel für die X-Achse-Digital-Meßeinrichtung 86 in Eingriff steht, die für jede Bewegungsstufe des Armes 24 in Richtung der V-Achse Spannungsimpulse erzeugt, welche je nach der Bewegungsrichtung des Armes 24 addiert oder subtrahiert werden. Ein X-Achse-Servo-Antriebsrnotor 88 dient dem Antrieb eines mit einer Zahnstange in Eingriff stehenden Ritzels, um die Lage des Armes 24 in bezug auf die X-Achse einzustellen. Mittels eines von Hand betätigbaren

Stellrades 90 kann der Arm 24 auch von Hand eingestellt werden. Das Stellrad 90 dreht ein gesondertes, mit der Zahnstange in Eingriff stehendes Ritzel. Eine gleichartige Einstellmöglichkeit für den Körper 76 in Richtung der Z-Achse ist mittels eines Handrades 92 gegeben, das gleichfalls ein Ritzel dreht.

Die Abtastnadel 20 des Kopfes 22 kann die Oberfläche des Modelles 10 in verschiedenen Bereichen entlang vorbestimmter Linien berühren. Die Lage der Abtastnadel wird dabei durch die drei Servomotoren von einem Schaltpult 94 aus gesteuert, das an dem Wagen 16 mittels eines Trägers 96 abgestützt ist.

Die von den drei Digital-Meßeinrichtungen gelieferten Signale werden von einem elektronischen Zähler 96 empfangen. Für jede der drei Digital-Meßeinrichtungen ist ein Zählerstromkreis 98, 100 und 102 vorgesehen. Der Zähler 96 addiert und subtrahiert die Spannungsimpulse für die drei Digital-Meßeinrichtungen der drei Koordinatenachsen. Für jeden durch die Abtastnadel abgetasteten Punkt werden die durch die Ablesungen der drei Zähler-Stromkreise 98,100 und 102 bestimmten Koordinaten in einer Speichereinrichtung 104 registriert, die ein Bandspeicher oder ein mit Lochkarten arbeitender Rechenlocher sein kann. Falls erwünscht, können die durch die Einrichtung 104 gespeicherten Informationen im Rahmen einer weiteren Datenverarbeitung zum Herstellen eines Steuerbandes für ein numerisches Steuersystem verwertet werden, das in der Maschine Verwendung findet, welche eine dem Modell 10 entsprechende Reproduktion spanabhebend bearbeitet.

In Fig.4 ist eine alternative Ausführungsform des Gestells zur Abstützung der Abtasteinrichtung 14 dargestellt. Dieses Gestell umfaßt mit den Seiten der Plattform 26 verschraubte Träger, von welchen einer mit 106 bezeichnet ist. Die Abstützplatte 12 für das Modell 10 liegt auf einem Zementboden 108 auf, der mit einem Kanal 110 versehen ist. In diesem Kanal HO ist eine Führungsschiene 112 angeordnet, auf welcher ein Rad 114 läuft, das an einem an dem Träger 106 befestigten Träger 116 gelagert ist. Der Träger 116 ist in dem Kanal 110 aufgenommen, zu welchem am anderen Ende der Plattform 26 ein weiterer Kanal parallel verläuft, welcher gleichfalls eine Führungsschiene zum Abstützen des anderen Endes der Plattform aufnimmt. Die Abtasteinrichtung kann daher in Richtung der X-Achse bewegt werden, wenn die Abstützfüße angehoben sind. Wie insbesondere aus F i g. 2 erkennbar, ist die Plattform 26 entlang ihrer einen Seite mit einer Keilnut versehen, die einen Keil aufnimmt, der einen ersten Träger 118 für einen einstellbaren Fuß 120 halten. Ein weiterer Fuß 122 wird entsprechend an der anderen Seite der Plattform 26 gehalten. Eine Schwenkrolle 124 und eine feste Rolle 126 ergänzen die Wirkung der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschriebenen Rollen.

In Fig.5 ist eine weitere Ausführungsform des Gestells zur Abstützung der Abtasteinrichtung dargestellt. Der Zementboden 130 ist mit einer Vertiefung 132 versehen, in welcher in Richtung der X-Achse verlaufende I-Träger 134 angeordnet sind. Diese I-Träger 134 stützen eine Stahlplatte 136 ab, auf welcher das Modell 10 ruht. Die Stahlplatte 136 ist mit zwei Flanschen 138 versehen. Die Flanschen 138 stützen eine Führungsschiene 140 für Rollen 142 ab, die in einer mit der einen Seite der Plattform 26 fest verbundenen Trägerplatte 144 drehbar gelagert sind. Die Trägerplatte 144 erstreckt sich innerhalb einer Längsöffnung 146 der Stahlplatte 136.

Die in Fig.6 dargestellte Ausführungsform kann insbesondere dort Anwendung finden, wo ein Holzboden 148 vorhanden ist. Auf diesem Boden 148 ist eine Brückenführungsschiene 150 mit einer Spur 152 für Laufräder 154 montiert, die in einem lösbar mit der Plattform verbundenen Träger 156 drehbar gelagert sind.

Gemäß den Fig.7A bis 7E ist das Ende 158 des ίο Armes 24 mit einer kreisförmigen öffnung 160 versehen, welche einen Ring 162 verringerten Durchmessers an einem ersten Teil 164 des die Abtastnadel halternden Kopfes 22 aufnimmt. Der Teil 164 nimmt in einer Führungsöffnung 166 ein Zwischenstück 168 auf. Die Achse der Führungsöffnung 166 fällt zusammen mit einer Bezugsachse 170, die mit einer Bezugsachse 172 einen Winkel einschließt. In der Bezugsachse 172 liegt die Achse des Ringes 162. Die Achsen 170 und 172 schneiden sich vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 45°. Das Zwischenstück 168 ist mit einer Führungsschulter 174 versehen, die in einer Führungsöffnung 176 eines weiteren Zwischenstückes 178 aufgenommen ist. Dieses Zwischenstück 178 ist mit der Oberfläche 180 eines Zwischenteils 182 des Kopfes 22 verschraubi und durch eine Schulter 184 zentriert, dii: in eine entsprechend ausgebildete Führungsöffnung des Teils 182 einfaßt. Das Zwischenstück 178 trägt ein du cn eine Feder vorgespanntes Arretierungselement 186, das in Arretierungsöffnungen 188 am Umfang der Führungsschulter 174 einfaßt. Die Führungsschulier 174 ist mit einer ein Außengewinde aufweisenden Verlängerung versehen, mit welcher eine Feststellmutter 190 verschraubbar ist, die die Teile 182 und 164 des Kopfes 22 gegeneinander festlegt. Das Zwischenstück 168 ist mit der Oberfläche 192 des Teils 164 verschraubt.

Wie aus Fig. 7A erkennbar erstreckt sich der

Kopfteil 182 nach abwärts, und sein unteres Ende ist mit einer Lageröffnung versehen. In dieser Lageröffnung ist

eine Stützwelle 1% mittels Lagern 198 und 200 drehbar gelagert. Die Welle 1% ist an ihrem linken Ende mit einer Schulter 202 versehen, mit welcher ein die Abtastnadel nähernder Arm 204 verschraubt ist. Der Arm 204 erstreckt sich senkrecht zur Achse der Welle

196. Der Kopf 22 trägt auch einen Elektromotor 206, dessen Hauptachse 208 sich parallel zur Achse der Welle 196 erstreckt. Mit der Welle des Motors 206 ist am linken Ende ein Antriebsrad 210 verkeilt, das mit einem mit der Schulter 202 der Welle 1% verschraubten Rad 212 in Eingriff steht. Der Motor 206 kann die Winkelstellung des Armes 204 in bezug auf die Achse der Welle 1% einstellen. Die Achse 170 schneidet sich mit der Achse der Welle 1% unter einem Winkel von vorzugsweise etwa 45°. Die Winkeleinstellung des Armes 204 in bezug auf die Achse der Welle 1% kann durch Endschalter 214 und 216 gesteuert werden. Diese umfassen von der Welle 1% getragene Nocken 218 und 220, die mit einem Nockenstößel 222 bzw. 224 (s F i g. 7G) zusammenwirken. Die Nockenstößel öffner und schließen die Endschalter 214 und 216, die einen Tei

to des Stromkreises für die Armatur des Motors 206 bilden Die Winkeleinstellung des Armes 204 kann also durcl eine entsprechende Anordnung der Nocken 218 und 22( verändert werden, wobei der eine zugeordnete End schalter die Kreisbewegung des Armes 204 nach de

<>5 einen Richtung und der andere Endschalter dii Kreisbewegung nach der dazu entgegengesetztei Richtung begrenzt. Der Arm 204 halten einei

hülsenförmigcn Träger 226, der in einer öffnung 221

den Schaft 230 einer elektromechanischen Abtasteinrichtung 232 aufnimmt. Die Abtasteinrichtung 232 umfaßt, wie insbesondere aus Fig. 10 erkennbar, ein Gehäuse 234, das mit dem Schaft 230 über korrespondierende Flansche verschraubt ist. Das Gehäuse 232 s trägt einen elektromechanischen Differentialumformer 238, der in Abhängigkeit von der Bewegung eines Steuerhebels 240 betätigt wird. Das Ende dieses Steuerhebels 240 erstreckt sich in ein Gehäuse 242 hinein, das mit dem Gehäuse 234 verschraubt ist. Der |₀ Steuerhebel 240 ist an einer Drehwelle 244 des Differentialumformers 238 befestigt und wird durch einen Kugelnocken 246 betätigt, der in einer konischen Aufnahmeöffnung 248 am Ende einer Betätigungsstange 250 aufgenommen ist. Die Betätigungsstange 250 ist von einem Führungselement 252 getragen, das auf einer Führungswelle 254 montiert ist. Das Führungselement 252 ist durch eine Zugfeder 255 vorgespannt, die an dem Steuerhebel 240 angreift und ihn in Berührung mit dem Betätigungsstab 250 hält. Einstellbare Anschläge 256 und 258 begrenzen das Ausmaß der Einstellung des Elements 252, das den sich durch eine Kugel 262 hindurch erstreckenden Schaft 260 der Abtastnadel trägt. Die Kugel 262 wird in einer zylindrischen öffnung 264 eines Lagerelements 266 aufgenommen, das am linken Ende des Gehäuses festgehalten ist. Mechanische Anschläge 268 begrenzen die Winkeleinstellung des Schaftes 260 in bezug auf die Achse des Lagerelements 266. Das äußere Ende des Schaftes 260 trägt die Abtastspitze 20, deren Achse in Fig.7A mit 270 bezeichnet ist. Diese Achse 270 schneidet die Achse 170 am Berührungspunkt der Spitze der Abtastnadel mit der Oberfläche des Modells. Wird der Arm 204 während des Abtastvorganges in Richtung auf die Oberfläche des Modells bewegt, dann wird der X-Achse-Antriebsmotor eingeschaltet. Der Arm bewegt sich dann so lange auf das Modell zu, bis seine Spitze dessen Oberfläche berührt. Durch diese Berührung ist der Schaft 260 bestrebt, in bezug auf die Achse des Lagerelements 262 durchzubiegen. Dadurch wird der Kugelnocken 246 bezüglich der Aufnahmeöffnung 248 verschoben und damit der Steuerhebel 240 im Uhrzeigergegensinn verschwenkt und zwar unabhängig von der Richtung, in welcher die Abtastspitze 20 verschoben wird. Wird der Steuerhebel 240 verschwenkt, dann wird dadurch die Drehwelle 244 des Differentialumformers 238 gedreht, der so eingestellt werden kann, daß er einen Nullpunkt schafft, wenn der Druck der Abtastnadel einen bestimmten Wert annimmt. Wenn der Abtastdruck diesen Wert übersteigt, dann w\rd ein positives so Spannungssignal erzeugt. Wenn der Abtastdruck unter diesen Wert fällt, dann wird ein negatives Spannungssignal erzeugt, und diese entweder positiven oder negativen Signale werden dann durch einen Verstärker 270 verstärkt und an den Servomotor 88 geliefert, der dann in Abhängigkeit von der Ausgangsphase des Differentialumformers 238 die Spitze 20 der Abtastnadel weiter vorschiebt oder zurückzieht Hat die Abtastnadel einen dem Nullpunkt entsprechenden Druck erzeugt, dann zeigt der elektronische Zähler 96 die Lage des Punktes am Modell an, der durch die Abtastnadel in bezug auf die drei Koordinatenachsen berührt ist. Die Speichereinrichtung 104 kann dann die Koordinaten dieses Punktes registrieren.

In der Ausführungsform gemäß F i g. 11B ist eine Lochkartenmaschine 272 als Speicherrichtung dargestellt. Diese Maschine empfängt die Eingangssignale von einem elektronischen Zähler 96' analog der vorbeschriebenen Ausführungsform. Fig. HA zeigt eine Ausführungsform der Plattform 26 mit einer Vielzahl von Hand mittels je einer Einstelleinrichtung 276 einstellbarer Stützfüße 274. Die Oberfläche der Plattform 26 ist mit Führungsschienen 278 versehen, die einen Wagen 280 der Abtasteinrichtung abstützen. Der Wagen 280 stützt auch eine Steuerkonsole 282 ab, welche die Funktionen der Schalttafel 94 gemäß F i g. 1A ausübt.

Die Abtastnadel kann in bezug auf die Oberfläche des Modells in jedem Zeitpunkt des Abtastens in einer maximal wirksamen Einstell-Lage gehalten werden, indem man die Abtastnadel entweder bezüglich der Achse 170 oder bezüglich der Achse 270 oder bezüglich dieser beiden Achsen einstellt. Der Schnittpunkt der beiden Achsen 170 und 270 ändert sich nicht. Dieser Schnittpunkt entspricht der Berührung dei Abtastnadel mit der Modelloberfläche. Eine Einstellung der Abtastnadel in bezug auf die Achse 270 oder in bezug auf die Achse 170 nimmt keinen Einfluß auf die Koordinatenablesungen für die Punkte in bezug auf die drei Koordinatenachsen. Unter Verwendung dieser Ausführungsform ist es möglich, Koordinatenablesungen von charakteristischen Linien der Modelloberfläche in solchen Bereichen zu erhalten, in welchen die Kontur hinsichtlich ihrer Ausrichtung extrem hohe Umkehrungen erfährt. Es können daher kontinuierliche Ablesungen über die gesamte Länge einer charakteristischen Linie vorgenommen werden, und zwar unabhängig von Änderungen der besonderen Oberflächenkontur, die entlang dieser Linie auftreten. Dies wird dadurch ermöglicht, daß zwei zusätzliche Einstellungen um die Achsen 170 und 270 zur Verfügung gestellt werden. Dies ist in den F i g. 8A bis 8L gezeigt, aus denen erkennbar ist, daß die Stellung der Abtastnadel in bezug auf die Modelloberfläche an jedem Punkt des Modells im wesentlichen unverändert ist. und zwar unabhängig von Konturwechseln, die entlang der mit Richtungspfeilen verdeutlichten charakteristischen Linien auftreten können.

Hierzu 23 Blatt Zeichnungen 709 EI42/59

Claims

Patentansprüche:

1. Elektro-mechanische Abtasteinrichtung zur Koordinaten-Registrierung von Punkten charakteristischer Linien von dreidimensionalen Oberflächen mit einem in Richtung einer ersten Koordinatenachse einstellbaren Arm und einem von diesem getragenen, eine Abtastnadel halternden Kopf, wobei der Arm durch eine in einer Richtung parallel zu den Richtungen der zweiten und der dritten Koordinatenachse beweglichen und einstellbar montierten Stütze abgestützt ist, gekennzeichnet durch eine mindestens zweiteilige Ausführung des die Abtastnadel (20) halternden Kopfes (22), dessen einer Teil (164,182) um eine sich mit der Achse (172) des Haltearms (24) schneidende Achse (170) und dessen zweiter Teil (204) um eine parallel zur Achse (172) des Haltearms liegende Achse (1%) drehbar ist, wobei die Achse (270) der durch den zweiten Teil (204) gehalterten Abtastnadel (20) die Einstellachse (170) des einen Teils (164,182) und die Einstellachse (196) des zweiten Teils (204) in einem Punkt schneidet, der mit dem Berührungspunkt der Nadelspitze an der dreidimensionalen Oberfläche des Modells (10) zusammenfällt.

2. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Teil (204) ein dessen Drehung um die. zugeordnete Einstellachse (196) über einen Zahnradtrieb (210, 212) bewirkender Servomotor (206) zugeordnet ist.

3. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil (182) mittels eines Zwischenstückes (164) an dem Haltearm (24) festgelegt ist, das um eine zu der Einstellachse (196) des zweiten Teils (204) und zu der ersten Koordinatenachse parallele Einstellachse drehbar ist.

4. Abtasteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellachse (196) des zweiten Teils (204) die Einstellachse (170) des Zwischenstücks (164) bezüglich des Haltearms (24) schneidet.

5. Abtasteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für das Abtastsystem ein geschlossener Servo-Stromkreis mit einem Servomotor (88) zum Einstellen des Haltearms (24) und der Abtastnadel (20) in einer Richtung parallel zu der ersten Koordinatenachse und ein Linear-Differentialumformer (238), zum Erzeugen eines Spannungssignals in Abhängigkeit von einer mechanischen Bewegung eines Eingangselements (244) desselben in jeder von zwei Einstellvorrichtungen vorgesehen sind, wobei dieser Umformer (238) mit dem Servomotor (88) elektrisch und mit der Abtastnadel (20) mechanisch verbunden ist.