CN102859315A - 坐标测量机或机床的运行 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行坐标测量机（11）或机床的方法，其中，这样地控制一个机器部件（41）的运动，使得在该机器部件（41）的运动中一个预设的最大加速度和/或一个预设的最大冲击（P）不被超过，其中，所述最大加速度和/或最大冲击根据所述机器部件（41）的位置和/或根据所述机器部件的定向变化。

Description

坐标测量机或机床的运行

技术领域

本发明涉及一种用于运行坐标测量机或机床的方法。本发明还涉及一种这样的机器。

背景技术

这样的机器具有可运动的机器部件，其中，在很多情况中在机器的一个臂（例如滑枕或水平设置的臂）上设有一个工具。该工具可以是用于加工工件的加工刀具（在机床的情况中）或者是用于探触工具表面的探触工具（在坐标测量机的情况中）。代替术语坐标测量机通常也使用术语坐标测量设备。测量工具指的是例如探触杆，在它的自由端部上设有一个探触体（例如探触球），通过该探触球探触工件的表面。在该情况中，由机器的测量系统求出探触体的位置，在该位置上探触体探触到工件的表面。

当工具运动到工件表面上时，可运动的机器部件可以尤其是在工具和可能同样设置在那里的测量系统的区域中陷入振动中。驱动马达是振动的一个可能原因。其它可能的原因是运动本身。

在该坐标测量机的情况中，这些振动不利地影响位置测量的测量精度。因此适用的是，尽可能避免这样的振动或至少将振动幅值保持得非常小。

可能的是，测量机器部件的振动和/或动态量例如速度或加速度并且在一个预设的最大值被超过时不执行对工件的加工或测量。例如通过对加速度的测量允许作为时间函数确定振动幅值。但是也可能的是，机器部件的速度或加速度在机器控制装置中被限制，即机器部件的运动被这样地控制，使得用于速度和/或加速度的预设的最大值不被超过。通过对工件的测量或加工的经验可以确定合适的最大值。

兴趣在于，在短的时间内执行对工件的测量或加工。在此也考虑工具运动到工件表面上的一个希望位置所需的时间。如果对于速度和/或加速度预设一个小的最大值，那么对于工件向希望的位置的运动需要相应较长的时间间隔。当另一方面最大值被选择得过高时，这可能导致测量结果的失真或在加工工件时的误差。

发明内容

本发明的任务是，给出一种用于运行坐标测量机或机床的方法以及一种这样的机器，它们允许短的运行时间，而不危及运行的精度。

本发明基于以下基本的思考：机器部件（例如加工刀具、探触工具和/或测量工具）的振动性能不仅取决于机器部件的运动的动态性，而且也取决于机器部件的位置和/或定向。其中机器部件可以运动的空间区域越大，该相关性表现得越强烈。

尤其是在其上设有工具和/或测量系统的机器臂的情况中，其中臂由臂的支撑装置看可以驶出不同远，臂驶出得越远，则臂的自由端部更倾向于振动。臂指的是例如一个所谓的水平臂设备的一个以其纵轴线在水平方向上或近似在水平方向上定向的臂或也可是另一个臂，例如龙门架结构形式的坐标测量机的滑枕。但是臂的悬挂状态也可影响易受振动性。因此例如易受振动性在滑枕时也取决于滑枕位于其上承载滑枕的横梁的那个位置上。

因此建议，至少对于机器或机器部件的动态参数（例如最大许可的加速度或最大许可的冲击，即位置的三次时间导数或加速度的一次时间导数）预设一个值，它根据机器部件的定向和/或根据机器部件的位置变化。例如，可以预设动态参数的一个相应的特性曲线，其中，该特性曲线作为位置和/或定向的函数限定参数的值。如果参数的预设值不仅取决于一个量（或者是机器部件在直线方向上的位置或者是机器部件的定向），那么代替一个特性曲线更好地谈到特性曲线族。

已知的是，坐标测量设备的动态性能通过一个存放在控制装置中的参数组预设定。例如一个确定的机器部件的速度或加速度的最大值是预给定性能的相应的动态参数。尤其是冲击对于振动性能也是特别重要的。因此优选的是，对于冲击预设一个最大值，它随着机器部件的位置和/或定向变化，其中，该最大值由控制装置关注，即控制装置这样地执行机器部件的运动，使得各个对于机器部件的位置和/或定向预设的最大值不被超过。

与对于机器部件的整个运动范围和可能的定向范围预设的全局的最大值不同，本发明能够实现的是，在对振动不关键的区域中或在机器部件的位置和/或定向的不易振动的区域中预设相应的动态参数的较高的值。因此，在这些区域中能够以机器部件的较高速度进行加工并且能够较长时间地保持高速度或者较晚地减小到较低的速度。尤其是在将冲击限制在预设的最大值时可实现的是，保持该速度直到即将由工具接触工件为止，执行高的负加速度和仍然不超过冲击的最大值。因为冲击是对于在这样的运动过程中的振动激励最重要的影响量，所以尽管如此仍避免强烈的振动。

本发明的基本构思可以被概括并且不仅用于机器的动态参数。对于机器的控制装置的运行有意义的任意参数可以根据机器的状态变化。这些参数例如是控制装置和/或驱动装置的调节参数和触发-阈值，在超过触发-阈值时触发控制装置的处理和/或机器部件的运动。变换地或附加地，该参数或这些参数的最大值不仅可以取决于机器部件的位置和/或定向，而且取决于至少一个其它状态参数，例如周围环境温度、工具和/或测量系统的类型和/或重量。

尤其地建议：一种用于运行坐标测量机或机床的方法，其中，这样地控制一个机器部件的运动，使得在该机器部件的运动中一个预设的最大加速度和/或一个预设的最大冲击不被超过，其中，所述最大加速度和/或最大冲击根据所述机器部件的位置和/或根据机器部件的定向变化。

机器部件的可变定向的一个例子是坐标测量设备的一个探触杆，它设置在一个铰链上，使得探触杆的纵轴线的一个定向可以被改变。另一个例子是一个机器臂，它在其自由端部上承载工具和/或测量系统并且它的纵轴线可以不同地定向。

尤其地，从所述机器部件的支撑装置看，所述机器部件能够定位在不同的距离上并且所述最大加速度和/或最大冲击被这样地预设，使得所述最大加速度和/或最大冲击根据所述距离变化，例如随着距离的增加而减小。在这些情况中，机器部件到支撑装置的距离是这样的位置，动态参数（例如加速度和/或冲击）的最大值取决于该位置。

一般适用的是，动态参数的最大值、例如许可加速度或许可冲击可以被这样地预设定，使得它在易受振动性增加时减小，反之亦然。在很多情况中，距离越大，机器部件和/或机器越容易受到振动。但是也得到这样的机器，其中易受振动性至少在该距离的部分范围中随着距离的增加而减小。在达到易受振动性的最小值之后，易受振动性又可以增加。一个例子是龙门架结构形式的坐标测量设备，其中滑枕在它的下端部上承载测量系统和探头。如果滑枕在它的最高位置中，即不向下驶出，那么滑枕的绝大部分向上突出超过横梁。因此，滑枕在测量系统和探头到在横梁上的悬挂装置或支撑装置的距离最小时容易受到振动。如果滑枕向下驶出，那么易受振动性首先减小，直到滑枕相对于它在横梁上的支撑装置向上和向下突出相同程度为止。随着继续向下驶出，易受振动性又增加。

该方法在以下情况中特别有利：运动是这样一个运动，在该运动中所述机器部件逼近一个工件，以便接触该工件，其中，所述运动具有一个运动阶段，在该运动阶段中所述机器部件的速度减小。这样的运动的一个例子已经在上面描述了。如果加速度（尤其是在它的数值方面）在制动阶段期间被限制和/或如果冲击（尤其是在它的数值方面）受到限制，那么可以在这样的运动中有效地避免振动。这样的运动阶段对于机器的运行的精度特别重要，因为在制动阶段产生的振动可以持续，直到建立与工件的接触为止。当振动仍持续时，其上应当接触工件的正确位置也可以尽可能不被到达或仅不精确地到达。

另外建议一种坐标测量机或机器，它具有可运动的机器部件和控制装置，其中，控制装置被构造为这样地控制所述机器部件的运动，使得在该机器部件的运动中一个预设的最大加速度和/或一个预设的最大冲击不被超过，其中，所述最大加速度和/或最大冲击根据所述机器部件的位置和/或根据所述机器部件的定向变化。

对于机器的优点和具体的设计方式在此不详细说明。这些优点和设计方式对应于方法的优点和设计方式，如在说明书中描述的那样。

附图说明

现在参照附图说明本发明的实施例。附图的各个图示出：

图1示意性地示出具有控制装置的龙门架形式的坐标测量设备，控制装置控制该设备的机器部件的运动；

图2示出在探触杆逼近工件时探触杆的运动过程的一个阶段；

图3示意地示出具有水平臂-坐标测量设备和工件的布置；

图4示出按照图3的布置，其中，但是工件位于相对于坐标测量设备的固定底座的较大的距离上并且水平臂因此进一步驶出；和

图5示出一个特性曲线，该特性曲线作为机器部件的位置的函数示出一个参数的值。

具体实施方式

在图1中所示的坐标测量设备11是龙门架结构形式的类型。龙门架通过两个向上突起的支柱2、3并且通过一个横梁4构成，横梁在它的相对置的端部上支承在支柱2、3上。支柱2、3能够在z方向上在该设备的一个测量台1上行进。另外，该设备11具有一个滑枕7，该滑枕能够在x方向上沿着横梁4的纵轴线行进。滑枕7的支架8在滑枕7的下端部上承载一个传感器5，该传感器通过可拆卸的联轴器10与支架8连接。传感器5包含该设备的测量系统，当探触杆41以它的布置在它的下自由端部上的探触球45探触到工件时，通过这些测量系统能够测量探触杆41的偏移。其上固定有部件5、41的支架8能够在y方向上行进，其中，z方向、x方向和y方向两两相互垂直，使得它们限定一个笛卡尔坐标系的坐标轴。

代表其它可能的刻度尺，一个刻度尺6在x方向上延伸地布置在横梁4上，使得根据滑枕7的位置能够在刻度尺6上自动地读出一个相应所属的测量值。

设备11的控制装置14在图中的右上侧通过一个矩形表示，该控制装置控制该设备11的不同机器部件在z方向、y方向和x方向上的运动。尤其地，控制装置14被构造用于在探触杆41的运动中关注通过该设备的动态量的与位置有关的最大值的预设值预给定的预设值。

尤其地，控制装置14或其它坐标测量设备或机床的控制装置从计算机可读的数据读入用于该参数的最大值的相应预设值。在这些数据中，对于每个与运行状态（尤其是工具的位置和/或定向）有关的参数存储一个特性曲线和/或特性曲线族。在特性曲线和/或特性曲线族中所包含的参数值在此取决于相应的状态参数、尤其是工具和/或测量系统的位置和/或定向。例如可能的是，使相应的在一个确定的状态中适用的参数值作为用于相乘的匹配因数与该参数的一个不可改变的值相乘。在这种情况中，特性曲线或特性曲线族不是直接地包含动态参数（例如加速度或冲击）的最大值，而是仅包含用于匹配一个预设的、固定的参数值的因数。

例如通过取样点（例如沿着机器部件的运动轴的位置）和所属的匹配因数的预设值能够限定分段式的直线特性曲线。通过在各两个最近的取样点之间的线性插补，根据用于所涉及的参数的状态量（例如相对于轴的位置）求出取决于状态的匹配因数，使得参数值尤其是能够连续地（即无级地）随着状态变化。如果对于一个参数限定了与超过一个状态量的关系，那么由各个匹配因数通过适当的算法求出一个用于与该参数的固定值相乘的总匹配因数，这些匹配因数由相应的特性参数得到。但是也可能的是，尤其是对于动态参数例如加速度和冲击，由不同的特性曲线分别求出一个对于该状态适用的匹配因数并且将该参数的预设的固定值仅仅与引起该预设的固定值最强烈减小的那个因数相乘。

为了准备一个机器的运行，可以以实验方式对于该机床的不同状态求出相应的参数值，从而得到该机床的一种确定的、所希望的性能。这样求出的参数值可以例如作为特性曲线的上述取样点使用。以该方式调节对机器的控制。例如在配置坐标测量设备时，对于探触头的各个位置使用者可以通过实验分别求出动态参数的一个极限值或多个极限值（尤其是加速度的最大值和冲击的最大值），使得在这些位置上在测量时间尽可能短的情况下达到所希望的测量精度。这样求出的由探触头的位置和所属的参数值组成的对然后可以限定一个值表，该值表对应于一个相应的参数特性曲线。与该特性曲线或这些特性对应的数据将被存放在一个或多个数据库中，机器的控制装置能够访问这些数据库。如提到的那样，用于并非以实验方式求出的位置的参数值可以通过插补、尤其是线性插补求出。但是也可以限定一个在该相应的状态量或这些相应的状态和这些参数之间的其它的函数关系，其中，控制装置在机器的运行期间然后按照该函数关系求出各对于一个运行状态适用的参数值。

为了缩短或甚至避免通过键盘手动地确定至少参数特性曲线的取样点，该参数特性曲线或这些参数特性曲线可以例如借助计算机的图形用户界面和借助输入设备（例如计算机鼠标）确定和/或改变。由此节省时间，避免错误，并且在用户已经看到特性曲线的显示时用户能够进行输入。但是参数值的输入也可手动地进行，例如在使用键盘的情况下进行。

在机器的运行期间，控制装置（例如借助相应的控制软件）根据瞬时的运行状态（该状态尤其是通过工具和/或测量系统的位置和/或定向来限定）计算该相应的参数值或这些相应的参数值。在此，控制装置执行之前描述的方法中的一个（例如线性插补）。

尤其是当确定特性曲线或特性曲线族的取样点时，以实验方式确定参数值的优点是，机器的性能可以通过简单的方式被匹配或者说确定。例如也可以通过简单的方式改变和由此优化已经存在的参数组。通过取样点的确定简化了确定的过程，因为比较少的取样点就已经足够了。

在运动控制中通常不够的是，只有当一个确定的状态已经达到时才确定对于该状态适用的参数值。因此优选的是，预先计划该运动过程并且对于所计划的运动过程事先求出各个适用的参数值。在此，运动计划可以首先在不考虑参数值（例如加速度和/或冲击的最大值）的情况下进行并且所计划的运动可以在此之后、但是仍在该运动之前在以下方面被检查：通过参数预设的条件是否被遵守。当这些条件不被遵守时，运动计划可以被匹配，使得这些条件被遵守。但是也可能的是，在第一个运动计划时就已经考虑参数值。

在很多运行情况中，在执行运动之前精确的运动计划是重要的。例如用于加速度的数值的小的最大值可能导致：对机器部件的运动的制动路程比所期待的制动路程更长。这可能例如导致机器部件在待加工或待测量的工件上的硬止挡。

图2示出一个探触杆41，它在探触杆41的下部的自由端部上具有一个探触球45，其中，该探触杆例如可以是按照图1或图3和4的探触杆。探触杆41以它的探触球45沿着行进路程49行进。探触球45以恒定的、高的速度行进直到沿着行进路程49的位置48。从该位置48开始，开始了该运动的一个阶段，在该阶段中探触球45被制动。通过一个双箭头47标记一个位置区域，在该位置区域中仍不会预期探触球45与工件的接触。但是在箭头44的方向上，从位置48看，一个工件位于区域47后面。因此，探触球45的运动在该区域47中被制动。用星形43在行进路程49上标出的点标记这样的位置，在该位置上减速（负加速度）在它的数值方面被最快地改变，即在该位置上反冲击在它的数值上达到最大值。在很多情况中，反冲击对于是否激励机械振动和以什么样的振幅激励机械振动来说是决定性的。

但是，制动阶段也可以以其它方式控制并且由此以其方式执行。因为从位置48观察，区域47的、工件可在的那一侧已经可以在到达区域47时紧接着以最大可能允许的冲击被制动。在该情况中，点43可以在行进路程49上例如标出这样的点，在该点预设一个非常小的冲击最大值，它显著小于适用于行进路程49上的点48的冲击最大值。这意味着，冲击最大值优选连续地随着进入到区域47中而减小。如果在进入到区域47中时仍应当激励振动，那么这些振动可以仍在区域47中运动期间被衰减。另外，探触杆41到机器臂的承载探触杆的支撑装置的距离在很多情况中随着逼近工件而增大。因此，预设的冲击最大值也应当在行进路程49的过程中减小。

图3示出水平臂-结构形式的坐标测量设备。该设备的固定的机座17承载一个水平臂，该水平臂具有一个支撑元件19和一个相对于支撑元件19可伸缩的元件21。图4示出元件21的一个相对于图3向外驶出的位置。在元件21上固定测量系统23，探触杆41又以它的探触球45固定在测量系统上。在此，探触杆41可以相对于测量系统23是可偏转的，使得它在接触工件15时偏转。

在图3和图4中在下方示出行进轴，该行进轴的位置变量以x表示。行进轴的参考点（在图3和4中的左侧）以x0表示。探触球45的位置在图3中所示的状态中以x1表示。探触球45的向外驶出的位置在图4中以x2表示。

图5示出一个参数特性曲线。状态量又是工具、例如图3和图4中的探触球45沿着工具的运动轴的位置。参数P可以例如是加速度或冲击的最大值，它在工具的运动中是允许的。如果按照图5的特性曲线参考在图3和图4中所示的情况，那么随着可伸缩的元件21和由此探触杆41与其探触球45的渐进的驶出得到参数值的减小。例如在参数P指的是冲击的最大值的情况下，参数值随着可伸缩的元件21的驶出而减小。如果工件的探触的预先计划例如在工件15的在图4中所示的位置中被预先计划，其中可伸缩的元件21向外驶出，那么类似于按照图2所阐述的那样准时地在大的许可冲击值时开始制动过程。由此避免会让测量系统22的测量不精确的振动。

总体上、而不仅相对于按照图描述的实施例可以通过本发明在具有增加的易受振动性的运行状态中避免产生坐标测量计的不精确的测量结果或通过机床产生不希望或不精确的工件加工。在不易受振动的区域中，相应的机器部件的运动以高动态性进行，即高加速度和/或高冲击被许可。在较易受振动的区域中，动态性被减小，即较小的加速度和/或冲击被许可。以这样的方式能够在优化的、最短可能的时间内执行易受振动的机器部件的运动。

Claims (6)

1.用于运行坐标测量机（11）或机床的方法，其中，这样地控制一个机器部件（41）的运动，使得在该机器部件（41）的运动中一个预设的最大加速度和/或一个预设的最大冲击（P）不被超过，其中，所述最大加速度和/或最大冲击根据所述机器部件（41）的位置和/或根据所述机器部件的定向变化。

2.根据前一项权利要求的方法，其中，从所述机器部件（41）的支撑装置（17）看，所述机器部件（41）能够定位在不同的距离（x）上并且所述最大加速度和/或最大冲击被这样地预设定，使得所述最大加速度和/或最大冲击根据所述距离变化。

3.根据以上权利要求之一的方法，其中，所述运动是这样一个运动，在该运动中所述机器部件（41）逼近一个工件（15），以便接触该工件（15），其中，所述运动具有一个运动阶段，在该运动阶段中所述机器部件（41）的速度减小。

4.坐标测量机（11）或机床，具有一个可运动的机器部件（41）和一个控制装置（14），所述控制装置被构造为这样地控制所述机器部件（41）的运动，使得在该机器部件（41）的运动中一个预设的最大加速度和/或一个预设的最大冲击不被超过，其中，所述最大加速度和/或最大冲击根据所述机器部件（41）的位置和/或根据所述机器部件的定向变化。

5.根据前一项权利要求的机器，其特征在于，从所述机器部件（41）的支撑装置（17）看，所述机器部件（41）能够定位在不同的距离（x）上并且所述最大加速度和/或最大冲击被这样地预设定，使得所述最大加速度和/或最大冲击根据所述距离变化。

6.根据前两项权利要求之一的机器，其特征在于，所述运动是这样一个运动，在该运动中所述机器部件（41）逼近一个工件（15），以便接触该工件（15），其中，所述控制装置被这样地构成，使得所述运动具有一个运动阶段，在该运动阶段中所述机器部件（41）的速度减小。

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