CN101765816B - 用于带有冗余的、平移作用的轴的测量机或机床的优化的运动协调的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于带有冗余的、平移作用的轴的测量机或机床的优化的运动协调的方法，其中，每个较长的分轴在相对大的测量空间或加工空间中实现相对低加速的分运动，并且，每个较短的分轴基本上执行具有基本上总体恒定的测量速度或加工速度的总运动的一些运动分量，其特征在于，求出测量装置或刀具相对于测量物或加工物的尽可能高的且应保持恒定的运动速度(Vmax)，其方式是首先以参考速度(Vref)对加工轨迹进行模拟，并且，将通过所述模拟求出的、最大偏移(Sz_ref_max)与最大可偏移性(Sz)之比与Vref一起使用，以求出Vmax。

Description

用于带有冗余的、平移作用的轴的测量机或机床的优化的运动协调的方法

技术领域

在测量机和机床的开发中，越来越多地使用冗余的、平移作用的轴，即这样一些轴，其相互叠置构造地或相互作用地、可在空间中平行地相对运动，其中，在具有相对长的运动范围的基轴上或者相对于所述基轴设置有一个或多个具有相对短的运动范围的附加轴。

背景技术

这样的可冗余地在相同方向上叠加地运动的轴提供了以下可能性：在测量装置或刀具相对于测量物或加工物的连续运动过程中结合了基轴的较大的运动范围与短程的并因此较轻地构造的附加轴的较高加速能力。

这类设计的一个例子是专利EP 594699B1(Ehlerding)。在所述的专利中已经提出使用平行定向的、重叠作用的轴装置，以便能够在这样的机床中在可较小加速的、长程的轴的整个工作区域内实现轻的、短程的轴的高加速度，所述机床优选设计用于在两个或三个相互正交定向的轴上加工扁的或平的工件。

由该公开文献已知，在此称为附加轴的较短的分轴可以由一个可在材料上方运动的龙门架支撑，该机架带有支撑附加轴的运动单元，所述运动单元又能沿着龙门架运动，或者也可以借助于基轴使材料运动，其中，刀具又可以借助于附加轴与由基轴引起的运动无关地相对于材料运动。同样，也可想到一个或多个支撑刀具的附加轴，所述附加轴在材料上方沿着作为基轴的固定龙门架运动，而材料借助于另一个与龙门架正交地定向的基轴在龙门架下面顺着运动。

通常公知的是，替代龙门架，也可以将带有运动的或静止的支撑件的横梁或可运动或静止的臂或悬臂用作附加轴的支撑，并且，所有提及的轴配置也与通常的情况不同，其中，基轴优选可以使重的机器部分或重的测量物或加工物在水平面上运动，也可以具有空间上的其它定向。替代测量装置或刀具，轻的或小的测量物或加工物也可以通过附加轴支撑并通过基轴和附加轴的总运动沿测量装置或刀具导向，而为此无需根本不同的协调。

此外，例如由WO 2006/75209A2(Gattiglio等人)已知，附加轴尽管在物理上相互正交地定向并且共同在一个借助两个基轴定向的平面上运动，然而，物理的附加轴在该运动面中并不平行于所述基轴定向，例如，如在WO 2006/75209A2中一样在公共的运动平面中相对于基轴转过45°。

轴的冗余的、平行定向的作用在此基本上也易于实施，因为即便是普通技术人员也能借助于最简单的、恒定作用的模拟的、数字的或在计算机技术上考虑的乘法元件毫无问题地设置为此必需的在两个借助物理轴向定向的笛卡儿坐标系的定向之间的固定变换。

此外，由现有技术已知，也可以使用能以通常很小的角度值旋转地运动的装置来替代线性运动的附加轴，使得借助于旋转点和测量点或加工点之间足够的间距形成测量装置或刀具的与测量或加工相关的元件的足够近似线性的运动。如果集束的辐射能(大多是激光束)借助于可摆动的镜或其它偏转元件偏引到加工位置，则为此使用一种变型。这种意义上的附加轴例如在文献WO 96/29634A1(Cutler等人)中详细说明，为此特别示意性地参见该文献的图2和图4。对于其它的刀具(例如可旋转的铣削头)或相应的测量装置，也可考虑与附加轴相关的类似运动学关系，其中，常常可以附加地沿刀具轴或例如测量探头轴运动，也用于补偿与相应的基轴正好平行的运动的偏差。

在专利文献EP 1294544B1(Sartorio)中示出了另一种配置，作为相对之前的现有技术的改进，该专利文献教导可高加速的附加轴的、可两轴式线性运动的并联运动学概述，这尤其产生这样的优点：在如此设计的机器的两个水平的主运动方向上存在就此而言类似的运动学关系，这能够提高二维的刀具运动的效率。

然而，关于同步运行的轴的实际协调公开甚少。仅仅提及一些在分轴的协调过程中应遵循的基本的框架性条件。在专利EP 1294544B1中从说明书的第[24]段至第[39]段以及在独立权利要求中对此略有说明。尤其认为重要的是(从说明书第[36]段起)：基轴可以比最高加工速度明显更快地运动。这应导致在同步的总运动的过程中，在附加轴高加速地超前之后并且在重新高加速之前，基轴能够再次赶上，因此附加轴不会在下一次运动之前就已经处于其最大运动区域的边缘，以至于不能再或不足以继续高加速地、协调同步地运动，并且因此可能出现不希望的不连续性，特别是在刀具作多维运动的过程中。

但是现在关于应当如何实际地协调分轴的叠加运动，在EP 1294544B1中没有其它的信息。

显然基于该尚不完整的教导，在EP 1758003A1(Cardinale等人)中首先提出了轴的协调，其应当按照反向运动学原理通过利用所谓的雅各布矩阵(Jacobi-Matrix)的专门形式以优化的方式使用运动机构的冗余自由度。所有与此有关的论述都是一般性的，使得不清楚：限制条件在此能够以何种方式产生具体可用的方法，该方法用于在平移地、冗余地作用的轴构造中针对保持恒定的高速度来优化运动协调。在其它的说明、例子和权利要求中也没有给出与此有关的任何具体参考。因此，如果这应该用于表明要求保护的发明也能应用于更复杂地构造的系统，例如也用于旋转轴或者甚至冗余作用的旋转轴，则这不能以一种在没有其它的广泛研究或发明步骤的情况下就能完全实现可应用性的方式进行。与已知的现有技术相比，在权利要求书中实际上也没有公开技术人员尚未已知的东西，例如通过滤波(Filterung)将运动分配给冗余作用的轴。另外，重复了在EP 1294544B1中基本上可读到的内容：基轴的最大速度应选择得明显比附加轴的最大速度更大(见EP 1758003A1，说明书，第32段和权利要求9)。

就可完全地、具体地理解而言，因为仍然不清楚的是，应当如何对运动的加速度分量或幅值分量以及同样地对整个轮廓或单独的区段进行“滤波”，所以这最终也仅仅相当于例如来自EP 594699B1的现有技术。

德语公布文献DE 102005061570A1(Hoffmann等人)也正是从该现有技术出发，该德语公布文献首次根据EP 594699B1同时详细地考虑了运动的分配以及附加轴的运动范围。与在EP 594699B1中在很大程度上与加速度相关的运动分配的基本方式不同，DE 102005061570A1追求一种分配策略，该分配策略与时间过程无关地规定了运动分量的在很大程度上保持不变的分配，其方式是基轴的运动应当作为所谓的“粗轨迹”沿着一个与时间不同的、但同时在运动轨迹上标量地定向的量通过具有低通特性的滤波装置来产生，其中，从称为“初始轨迹”的总运动轨迹的偏差在任何情况下都不应超出附加轴的运动范围。

尽管相应的说明书首先表面上给出解决协调问题的启示，然而这样的方式被发现是极其有问题的。遗憾的是，作为对现有技术的必要改进的基础的假设并不总是正确的。

在说明书中阐明了待改进的迄今为止的现有技术的问题，该说明书含有这样的元素，这些元素实际上首先通过在那里所述的发明引入。见那里的第[0010]和[0011]段，除了引入“一个与时间不同的标量参数”之外，此外的过程被作为缺点来批判，这些缺点同样适用于该发明，因为例如一个(不是基于所引用的现有技术而是仅仅基于假设的)对于用于分配求取的迭代措施的必要性在超出极限值的情况下被称为现有技术的缺点，尽管这正好在那里所述的发明的“特别优选的实施方式”中被广泛地使用。见例如第[0020]段。在第[0014]段中提出了经不起仔细推敲的断言：声称对于EP

0594699B1中的措施，运动分量的分割需要“非常密集的计算”，“因为必须针对整个初始轨迹求出加速度变化曲线”。然而，加速度变化曲线在任何情况下总归要或早或晚地在相应的控制方法中求出并且绝对不是计算特别密集的运算，而是借助没有各种迭代的基本计算就能执行。但是以下说明是正确的：必须使“高动态性的驱动装置的可能的行驶路程、低动态性的驱动装置的可能的加速度和最大轨迹速度……相互协调”，以避免对运动分配的更多的计算求取。这也仅仅在理论上是正确的。如果不满足这样的条件(这些条件在本发明的申请人的尚未公布的专利申请DE 102007026356.4中再次着重地、精辟地列举出)，则始终必须考虑极限值的超出。为此，一种方法(其在不对运动轨迹进行细节研究的情况下允许极限值在任何一个方面延长)在不对一个其它参数进行相应限制的情况下是不行的。也就是说，如果一种方法指出，通过整个运动轨迹在一个过程(Durchgang)中的分配，借助对一个一致的修正因数的计算使所有数据“相匹配”，则不存在是否要进行相应的限制问题，而是仅仅在什么方面进行相应的限制。

与Hoffmann等人的假设完全不同，借助加速度分量的运动分配不仅在计算上容易解决，而且具有另一优势：严格地仅给附加轴分配这样的运动分量，所述运动分量是基轴在物理上不能胜任的。换句话说，在力求恒定的最大速度的情况下在物理上完全不会想到附加轴的较小的、实际上发生的运动。不管以什么方式，通过简单地忽略该确定的事实并产生一个轨迹(该轨迹作为第一标准满足附加轴的运动范围)，这迫使：一旦此外完全发生超过所述运动范围，基轴的加速度至少在相关的轨迹区段中过高。超过附加轴的范围或者超过基轴的最大加速度在物理上都是不可执行的并且老的方法在这种情况下具有以下优点：正好仅在那里才出现“不可执行”的情况，这在那里在给定的速度下实际上是不可避免的。

在根据Hoffmann等人的方法中，该情况也会出现在这样的位置处和这样的速度下，其中不存在任何物理上的强迫，因为那里所用的具有“低通特性”的方法产生一个轨迹，该轨迹能够首先在不利的附加运算中完全逐步地逼近具有最小附加轴使用性的轨迹，由此最后断言的相对于老的现有技术的优点也是站不住脚的。在此，也通过隐秘途径再次考虑作为“标量参数”的时间，这是人们真正想摒弃的。

也就是说，如果附加轴根据更老的方法达到其极限值，则附加轴至少在每个其它的、用于使基轴的运动和假设的总速度“变粗化()”的方法中也会达到其极限值。如果替代所述更老的方法通过一个如Hoffmann等人描述的用于求出“粗轨迹”的方法来工作，则这首先主要表明：从此往后不用再澄清，附加轴是否完全执行需要的运动，或者更重要的是基轴是否以过高的加速度执行不需要的运动。视对按本发明提到的参数、区间、权重或分方法的选择而定，能够产生完全不同的“粗轨迹”，而没有明确地公开：这些大量变量中的哪些能够通过可清楚限制的耗费出于哪些理由导致特别有利的轨迹变化曲线。最后没有公开的是：如何才能产生至少逼近地优化的轨迹变化曲线，而是仅仅产生一条或多或少偶然地“磨平的”轨迹变化曲线，该轨迹变化曲线的唯一的清楚的标准是不违反附加轴的运动范围。

在此，在对总轨迹的研究结束时以特别简单的方式求出一个因数(总速度以该因数降低)，这也仅仅是于事无补的安慰，因为该因数虽说应当允许正常的加工，但是无疑仅仅极少逼近地导致运动协调的可想到的优化。但是人们按照Hoffmann等人对此也做出妥协，其方式是人们也将运动轨迹细分成可单独处理的区段。然而没有关于以下方面的任何启示：应当按照何种标准和多精确地自动匹配地求出这样的区段并且应当桥接各个区段中的合成的速度差。此外，当人们已经确定了一定的、在很大程度上保持恒定的轨迹速度时，这也是没有帮助的。

为了求出粗轨迹，特别有利的是，在那里推荐使用样条曲线，然而这会导致以下缺点：初始变化曲线的按本发明的变粗化根本不能再通过所述方法沿着各式各样的轮廓变化曲线进行，因为借助相同数目的支撑点简化的间距比较至少在所述的方法中不能在作为样条曲线端点的拐角上实现，因此这样的方法不适合大多数可想到的应用场合。

由此外本发明的申请人的尚未公布的专利申请DE 102007027503.0已知了一种方法，该方法在优化的意义上(仅仅需要它的地方)更可靠地并且计算强度小得多地做到这点。

在那里所述的方法的一种优选的设计方式中，这样的轨迹区段(在这些轨迹区段中在给定的速度下导致超过附加轴的运动范围)通过轨迹分配来改变，该轨迹分配通过附加轴的较小加速度导致对基轴有利的、更强烈的运动分配，因此在具有高的加速度要求的位置也导致相应的速度回落，其中，无需分配可能性的任何迭代的或其它的逐步逼近，就已经能达到高的优化度，尤其是在对具有减小的且波动的速度的区段最小化的意义上。

虽然就此而言Hoffmamm等人的发明比所述的比较方法无效率得多，特别是因为：需要大量的试探步骤来逼近可使用的粗轨迹；和尽管如此不存在任何中断标准(所述中断标准指出了一个至少逼近地、优化地适用的轨迹)，但是这并不必然表明该基本构思已经是错误的，具体地说产生用于基轴的轨迹变化曲线，该轨迹变化曲线可与速度无关地特别有效地使用，即基轴的针对当前应有轮廓的“理想线”类型。

然而，提出了这样一个问题：这样的、与速度无关的并且因而也与时间无关的、优化的轨迹变化曲线是否完全可能存在。

在与加速度有关的运动分配中，附加轴的运动分量会被减小。这例如意味着，如果在运动变化曲线的范围中所有必须的加速度都在分配阈值以下，则附加轴根本就不会运动，即便附加轴因其运动范围而能够执行整个运动过程。

不言自明，运动分配(其在低的速度下能够适应附加轴的小运动分量)在较高的速度下可能无法再使用。

相反，人们可能想到这样的运动分配，该运动分配在高的速度下是合适的，并且因而也必然在较低的执行速度下起作用。

然而，在此同样要注意的是，如已经由现有技术已知的那样，应当使“高动态的驱动装置的可能的行进路程、低动态性的驱动装置的可能的加速度和最大的轨迹速度……相互协调”。还应在那里加入“至少”，因为高动态的驱动装置的最大运动速度、严格来说还有该高动态的驱动装置的加速能力在此也都起作用，如同样已经在现有技术中和关于现有技术描述的那样。

因此，由现有技术也已知，对于每一个这样的机器都存在一个最大速度，该机器能够以该最大速度安全地驶过任何一个几何形状，该几何形状使附加轴具有最大加速度。

在已经提到的文件号DE 102007026356.4中第13页自第9行起，该事实被用于通过与相应地计划的测量速度或加工速度相匹配地降低基轴的加速度来相应地限制该基轴的必须的运动分量。

然而，该方法具有以下缺点，即，该方法尽管可用于所有几何形状，但是在当前待驶过的几何形状完全不需要这样重要的运动过程时也会导致最大速度的降低，如其在已知的方程式中对此所规定的那样。

此外，在同样已经提到的文件号DE 102007027503.1中如已经提及的那样提出了一种方法，该方法在运动分配中相应地仅仅改变这样的轨迹区段(那里的权利要求12)，在这些轨迹区段中在给定的速度下会导致超过附加轴的运动范围，或者，至少对于单独的区段使速度降低，从而此外不会导致超过附加轴的运动范围(那里的权利要求15)。然而，在那里通过上面已经提及的来自现有技术的规则考虑到了速度的总计减小。

发明内容

因此，本发明的目的是公开一种方法，该方法针对具有冗余的、平移作用的轴的机器以尽可能有效的方式求出用于每个专门的测量轨迹或加工轨迹或者所述轨迹的区段的、在很大程度上保持恒定的最大速度，而不会限制可较高加速的附加轴的加速度。

此外在本发明的扩展方案中，可较小加速的基轴的运动分量(其针对该最大速度得到)应当在较低速度的情况下与时间历程无关地作为基轴的轨迹变化曲线使用，或者，可以相应地分别针对较小的速度适当地限制基轴的加速度，使得在所有情况下基轴和附加轴之间的运动分配都导致基轴的运动分量特别小。

为了针对具有冗余的、平移作用的轴的机器以特别有效的方式求出用于每个专门的测量轨迹或加工轨迹或者所述轨迹的区段的、在很大程度上保持恒定的最大速度，而不会限制可较高加速的附加轴的加速度，按照本发明首先以第一参考速度对加工轨迹或一个区段进行模拟，该参考速度优选地、但不是强制性地相当于这样的最大速度，该最大速度能够由此外在现有技术中已知的方程式得出，例如Vref＝SQRT(Sz×Bb/4)，其中，Vref代表尽可能高的、在很大程度上恒定的测量速度或加工速度，即所述的参考速度，Sz代表相应的附加轴的运动范围，Bb代表基轴的最大加速度，而SQRT代表平方根。在此，所述模拟优选这样地进行，即，基轴和附加轴的运动分量的分割借助当前在本地取得的加速度进行，其方式是附加轴仅执行这样的运动分量，该运动分量是基轴由于其最大加速度而没有能力执行的。在这种模拟中，首先完全与选择的所述参考速度无关地不考虑附加轴的运动范围的极限，而是仅仅针对所述值的正的和负的最大值来分析所述值，其中，最高的绝对最大值说明相应的附加轴的最大偏移。该最大偏移与附加轴的实际的可偏移性之比现在可被利用，以求出能够为专门的测量轨迹或加工轨迹或者当前研究的区段选择多高的在很大程度上恒定的最大速度。在此处感兴趣的速度范围附近，需要的偏移Sz以很好的平方逼近的方式取决于所选的速度，即例如类似于上述的公式Sz＝Sfakt×4Vmax²/Bb，其中，Sfakt代表求出的偏移和期待的最大偏移之间的比，即Sfakt＝Sz_ref_max/(4Vref²/Bb)。这给出了可用的速度Vmax＝Vref×SQRT(Sz/Sz_ref_max)。不言自明，由每个所有相关的运动轴的这样地求出的值中的最低值决定了总运动。

然后能够通过这样地求出的最大速度直接以尽可能高的速度执行测量或加工，而不必限制附加轴的加速度，或者，在执行测量或加工之前以该最大速度再次对轨迹进行模拟，其中，同时可以对附加轴的极限值的违反或者不必要地降到极限值以下进行监控，以及在需要时可以对模拟进行相应的修正和重复，或者，由此得到的所有轴的运动以其相应的变化曲线例如这样地存储在足够细密的栅格结构(Rasterung)中，使得可相应地调取基轴或附加轴的或总运动的三个运动过程中的至少两个的、求出的运动分量，从而由此与当前选取用于执行的速度无关地得到基轴和附加轴之间的运动分配，其中，附加轴的运动分量尽可能高。

然而，上一措施正好具有如现有技术涉及的、Hoffmann等人的方法那样的缺点，即，由于附加轴加速度虽然很高但却受到限制，在运动过程的向下的时间尺度上，附加轴的受限的加速度同样被相应地减小，使得附加轴在很大程度上丧失了起决定意义的优点，即附加轴的非常短的加速路程，特别是在应有速度不太高的情况下。

因此，以下可能性显得更加适合，即，通过计划的应有速度与以上求出的最大速度之比和基轴的针对最大速度使用的加速度，求出基轴的最小必须的最大加速度，在使用该最小必须的最大加速度时，同样得到一运动分配，其中，基轴具有相似地减小的分量，但是没有以下缺点：附加轴的加速度相应地被减小。基轴的合适的最大加速度能够例如通过推导Bbsoll＝Bbmax×Vsoll²/Vmax²由上面的方程式简单地求出，其中，上面的Bb在此出于更好理解的考虑表示为Bbmax。

在所有此处列举的方程式中应考虑到，这些方程式分别仅仅是用于求出相应值的最简单途径，这些值必须完全视附加地使用的、用于优化运动协调的方法的细节而定相应地匹配。这些值也可以通过多次模拟在逐步逼近优化值的过程中求出，然而这不会使基本方法发生变化。在此也可以将由公式求出的值用作初始值，由此能够缩短逐步的逼近。但是，因为本发明的目标在大多数应用场合中都不是在千分率范围内的优化，而是从根本上改变运动分配，所以在所述的参考速度下进行单次模拟和使用通过公式求出的Vmax和Bb的值通常就完全能够实现完全可能的改进的大部分。作为总归很少需要的逼近方法的替代，也可以对这样获得的值使用安全系数或依经验求出的修正表并且通常完全足以在高的应用安全性的情况下实现非常高的优化度。

如果该方法不能一致性地对用于完整的测量或加工的整个运动过程起作用，而是对单独的区段起作用，例如为了在各种不同的区段中使用不同的速度潜力，则首先要区分：这些区段分别是整个运动过程的可孤立执行的部分，还是也应当考虑相互过渡的区段。

在第一种情况下，可以针对每个可孤立的区段使用已经描述的方法中的一种，其中得到各个区段各自的Vmax或Bb的结果。

在考虑多个区段(这些区段一起形成一可孤立的运动过程)时，最明显的是这些区段通过运动过程中的拐角来相互划界，因为在一个拐角中甚至应当在所有轴中存在速度零点，并且因而在执行分割时不会存在任何特别的困难。然而相反的是以下事实：对于冗余地、平移作用的轴，刚好在拐角稍前或稍后可以产生附加轴的特别剧烈地运动并且基轴不可能正好在那里保持静止。因此，更确切地说特别低加速的区特别适合用于区段到区段的过渡，类似于已经由样条曲线公开的那样。

这样的低加速的区、尤其是这些区的最小值可以容易地借助预先模拟来确定，并且当这些区到前一区段或后一区段保持最小间距时，这些区可看作这些区段的极限。随后确定的、“更重要的”区段(即这样的区段，这些区段要求基轴具有更低的最大速度或者更高的加速度)的值分别对于足够的过渡区段有效，也在不太重要的相邻区段内部有效。

总体上，相对于用于适宜地优化带有冗余的、平移作用的轴的测量机或加工机的运动协调的、尤其是也用于减小基轴在较小应有速度下的负载的迄今为止的现有技术，得到了与一些在优化运动协调中追求其它的目标方向的方法的可结合性，该可结合性使运动效率显著提高、同时使计算耗费特别小并且在很大程度上是没有问题的。

当本发明用作比较方法时，该方法特别适合用于将根据文件号DE 102007026356.4的该方法的应用领域扩展到视轨迹而定的最大可能的测量速度或加工速度，由此也允许根据文件号DE 102007027503.1、特别是其中的权利要求12和15及以下权利要求使附加轴的加速度减小的视轨迹而定的应用点向最大速度移动。

由于在技术上容易实现且效率高，该方法也能够与几乎所有其它的、用于优化冗余的、平移作用的轴的运动协调的方法有利地结合，以实现尽可能高的、在很大程度上恒定的轨迹速度。

待控制的机器的基轴以及附加轴的类型可以在机械上非常多样地实现。对于基轴使用常见的线性驱动器、空心轴电机、齿条传动装置或滚珠丝杆，而对于附加轴，根据所需要的运动范围和应用的规模尺寸，除了线性驱动器和尽可能直接驱动的滚珠丝杆之外，也可以使用压电作用的、动电作用的(“voice coils”)、液压作用的或气动作用的驱动器。

同样，也可在窄的角区域内使用可绕一轴旋转或可并联运动式运动的机械部件作为相应线性作用的附加轴，例如可摆动的激光切割头或可并联运动式运动的铣削头。

按照本发明，测量机和机床可以例如有利地设计用于船舶制造或飞机制造，以便测量和加工具有极高细节复杂度的极大部件，或测量机或机床用于更日常的尺寸，例如车身、洗衣机或电子电路的印刷电路板的尺寸，一直小到厘米或几分之一毫米级的尺寸，以便在显微镜系统技术、电子显微镜或纳米技术中测量待测量的或待加工的工件。

本发明装置或方法特别适合的加工方法是焊接、切割、铣削、雕刻、标记、在平的材料(如薄板、塑料、玻璃、陶瓷、木料和织物)上敷设复杂的轮廓和结构。同样，快速原型法是一种恰当的应用，尤其是这样的方法，在这些方法中切割层、小空间地涂敷材料或者必须通过尽可能垂直于材料定向的能量束加工，例如为了获得尽可能均匀的且可准确重现的能量加入。

此外，本发明同样可以应用于以高速度精确加工极小的结构或以高速度精确地涂敷和去除极精细的细节，本发明也能用于所述领域中的测量和控制，其中，这些仅理解为示例，而不应以任何方式表示本发明的应用可能性的穷尽列举。

附图说明

本发明的优选实施例在附图中示意性示出并且接下来借助附图中的图详细说明。附图中：

图1示出带有可在两个轴向上运动的刀具和附加轴的机床，

图2示出带有五个轴向的机床，

图3示出基轴和附加轴的非常示意性的视图。

具体实施方式

图1示出了一种机床10，在该机床10中位置固定地设置有一工件11。龙门架12可沿轴向13运动。在该龙门架12上设置有装置14，在该装置14上又设置有刀夹14’，该刀夹14’能够保持刀具。该装置14(和由此刀夹14’连同刀具)可在轴向15上运动。刀夹14’可相对该装置14同样在轴向13上运动。由图1可见，(带有刀具的)刀夹14’具有比装置14更小的质量，该装置14可以称作滑座。带有所属驱动器的龙门架12是在方向13上作用的第一分轴并且被称作基轴，而带有所属驱动器的刀夹14’是在轴向13上作用的第二分轴，即附加轴。该基轴具有比附加轴更大的运动区域和更小的加速度。沿轴向13、15的运动通过控制器16控制。

在图2中示出了机床20，在该机床20中，臂21可沿轴向22运动。装置23可沿臂21在轴向24上运动。装置23附加地可在轴向25上运动。通过轴向22、24、25确定笛卡尔坐标系的X方向、Y方向、Z方向。悬臂26可在轴向27上旋转。在悬臂26上设置有作为刀具的激光切割头28，该激光切割头又可沿轴向29旋转。

在小的运动片段中，激光切割头28的运动基本上平行于轴向22，使得切割头28在一个区域内的运动可以导致与臂21在轴向22上的运动平行的平移运动，因此可以将激光切割头28连同其驱动器看作是(平移的)附加轴。

在图3中再次非常示意性地示出了滑座30，该滑座30可相对于导向件33运动并且构成基轴或基轴的组成部分。在该导向件33上设置有装置31，该装置31构成附加轴或附加轴的组成部分。滑座30和装置31都可以在双箭头方向32上加速。在此，滑座30可以相对导向件33以加速度Bb(基轴的加速度)加速，而装置31可以相对滑座30以加速度Bz(附加轴的加速度)加速。虚线BG表示附加轴的运动范围Sz的区域极限。

Claims (14)

1.一种用于带有冗余的、平移作用的轴的测量机或机床的优化的运动协调的方法，

其中，冗余的、平移作用的轴形成总运动装置的相对于待以任意方法探测或加工的测量物或加工物可线性运动的部分，总运动装置用于测量装置的或刀具的至少二维的总运动，

其中，如果旋转地或并联运动地作用的分运动装置除了其典型的运动能力之外还能够用于测量装置或刀具的冗余平移运动，或者能够仅仅在与用途相关地足够小的运动区域内用于测量装置或刀具的冗余平移运动，则也能够视为冗余平移运动能力，

其中，每个可运动经过较长路程的分轴，在此称为基轴，允许基本上在整个测量空间或加工空间上实现相对低加速的分运动，并且，每个可运动经过较短路程的分轴，在此称为附加轴，基本上仅执行总运动的一些运动分量，这些运动分量要求超出为基轴确定或设定的最大值的加速度，

其中，基轴和附加轴的总协调能够直接发生在测量过程或加工过程期间，或者发生在测量过程或加工过程期间的流畅的、分区段的预处理中，或者作为总测量过程或总加工过程的一个完整预处理的一部分，

其特征在于，在不限制附加轴的加速度并且不违反附加轴的运动范围的情况下求出测量装置或刀具相对于测量物或加工物的尽可能高的且应保持恒定的运动速度Vmax，其方式是首先以测量装置或刀具相对于测量物或加工物的参考速度Vref对加工轨迹或者对所述加工轨迹的待单独考虑的区段进行模拟，并且，将通过所述模拟求出的、附加轴的最大偏移Sz_ref_max与附加轴的最大可偏移性Sz之比与所述参考速度Vref一起使用，以求出所述尽可能高的且应保持恒定的运动速度Vmax。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考速度Vref和尽可能高的且应保持恒定的运动速度Vmax具有相同的数量级。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在SQRT(Sz×Bb/4)和SQRT(Sz×Bb/2)之间选择所述参考速度Vref，其中，Bb代表基轴的最大加速度，而SQRT代表平方根。

4.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，由Vref×SQRT(Sz/Sz_ref_max)计算出所述尽可能高的且应保持恒定的运动速度Vmax。

5.如权利要求1之3之一所述的方法，其特征在于，首先以Vref＝Vmax进行一次另外的模拟，并且，当所述最大偏移Sz_ref_max超出可定义的公差地大于或小于所述最大可偏移性Sz时，相应地修正所述尽可能高的且应保持恒定的运动速度Vmax的值。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在修正所述尽可能高的且应保持恒定的运动速度Vmax时进行一次另外的监控模拟来比较所述最大偏移Sz_ref_max和所述最大可偏移性Sz。

7.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，优选这样地进行模拟和执行，即，基轴和附加轴的运动分量的分割借助当前在本地取得的加速度进行，其方式是附加轴仅执行这样的运动分量，所述运动分量是基轴因其最大加速度小而没有能力执行的。

8.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，基轴和附加轴的、分别由最后的模拟取得的运动以其相应的变化曲线被这样地存储，即，保持能够调用基轴或附加轴的或总运动的三个运动过程中的至少两个的、求出的运动分量，使得这样产生的在基轴和附加轴之间的运动分配由此与当前选择用于执行的速度无关地被得到。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，变化曲线的存储以时间扫描或者以沿着运动轨迹的栅格实现。

10.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，通过测量装置或刀具相对于测量物或加工物的计划的应有速度Vsoll与求出的所述尽可能高的且应保持恒定的运动速度Vmax之比和基轴的为最大速度使用的加速度Bbmax，求出基轴的最小地必须的最大加速度Bbsoll。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，由Bbmax×Vsoll²/Vmax²计算出所述最小地必须的最大加速度Bbsoll。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在执行测量或加工之前以计划的应有速度Vsoll和Bb＝Bbsoll进行一次另外的模拟，并且，当最大偏移Sz_ref_max超出可定义的公差地大于或小于所述最大可偏移性Sz时，相应地修正所述最小地必须的最大加速度Bbsoll的值。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在修正所述基轴的最小地必须的最大加速度Bbsoll时进行一次另外的监控模拟来比较所述最大偏移Sz_ref_max和所述最大可偏移性Sz。

14.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，该方法作为比较方法、补充方法或替代方法与用于在平移作用的轴的情况下优化运动协调的另一种方法一起使用或者在该另一种方法的范围内使用。

Images