DE102011089039A1 - Method for operating coordinate measuring machine for measuring workpiece, involves measuring movement of sensor or workpiece support by flowing electrical drive current through electric motor to effect movement of electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts. Das Koordinatenmessgerät weist eine Mechanik (siehe rein Beispielhaft die Mechanik
Ein solches Koordinatenmessgerät ist aus dem US-Patent
Hierdurch wird wirkungsvoll ein Koordinatenmessgerät geschaffen, das bei Kollision von beweglichen Komponenten der besagten Mechanik, wie beispielsweise eines in einer Koordinatenrichtung beweglichen Messschlittens, oder des besagten Sensors oder der besagten Werkstückaufnahme mit Personen oder mit Gegenständen verhindert, dass der Elektromotor weiterhin betrieben wird, obwohl eine Kollision stattgefunden hat. Aufgrund der dynamischen Anpassung des Stromgrenzwertes oder des Stromgrenzwertbandes in Abhängigkeit von der Soll-Geschwindigkeit und/oder der Soll-Beschleunigung kann außerdem sichergestellt werden, dass Kollisionen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen erkannt werden.This effectively creates a coordinate measuring machine which, in the event of a collision of moving components of said mechanism, such as a measuring carriage movable in a coordinate direction, or said sensor or said workpiece holder with persons or objects, prevents the electric motor from continuing to operate, although one Collision took place. Due to the dynamic adaptation of the current limit value or the current limit band as a function of the desired speed and / or the desired acceleration, it is also possible to ensure that collisions are detected at different speeds and accelerations.
Koordinatenmessgeräte mit einer derartigen Funktionalität funktionieren zuverlässig. Allerdings ist die Inbetriebnahme des Verfahrens teils relativ aufwändig, weil der Zusammenhang zwischen der Soll-Geschwindigkeit und/oder der Soll-Beschleunigung einerseits und dem durch den Elektromotor fließenden Strom andererseits durch teils aufwändige Messreihen ermittelt werden muss. Der Regler nämlich reagiert auf eine vorgegebene Soll-Geschwindigkeit und/oder eine Soll-Beschleunigung mit einem bestimmten zeitlichen Verhalten, das bei der Bestimmung des Stromgrenzwertes oder des Stromgrenzwertbandes mitberücksichtigt werden muss. Bei Beschleunigungsvorgängen beispielsweise neigt die nur begrenzt steife Mechanik zu Schwingungen, die dementsprechend zu einer Variation des Antriebsstroms führen. Ein anderes Beispiel ist der zeitliche Versatz, der zwischen dem Zeitpunkt einer neuen Soll-Geschwindigkeit und/oder einer neuen Soll-Beschleunigung einerseits liegt und dem Zeitpunkt der damit verbundenen tatsächlichen Änderung des Antriebsstroms andererseits liegt.Coordinate measuring machines with such functionality function reliably. However, the commissioning of the method is partly relatively complex, because the relationship between the desired speed and / or the target acceleration on the one hand and the current flowing through the electric motor on the other hand must be determined by sometimes consuming series of measurements. The controller namely reacts to a predetermined desired speed and / or a desired acceleration with a certain temporal behavior, which must be taken into account in the determination of the current limit or the current limit band. During acceleration processes, for example, the only limited stiffness of the mechanism tends to oscillate, which accordingly leads to a variation of the drive current. Another example is the time offset between the time of a new target speed and / or a new target acceleration on the one hand and the time of the associated actual change in the drive current on the other hand.
Ein anderes Koordinatenmessgerät, welches praktisch genau dasselbe Verfahren benutzt, wie es in der Druckschrift
Außerdem ist aus der Druckschrift
Nachteilig an einer solchen Vorgehensweise ist es jedoch, dass der Antriebsstrom auch dann durch den Maximalwert begrenzt ist, wenn sich das Prüfelement nicht in der Nähe des zu vermessenden Werkstücks befindet. Die Geschwindigkeit, mit der das Prüfelement bewegt werden kann, und die Beschleunigung sind daher begrenzt.A disadvantage of such a procedure, however, is that the drive current is limited even by the maximum value when the test element is not in the vicinity of the workpiece to be measured. The speed at which the test element can be moved and the acceleration are therefore limited.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts der oben angegebenen Art mit einem sich an die jeweilige Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit anpassenden Stromgrenzwert oder Stromgrenzwertband für den Antriebsstrom anzugeben, mit dem der Stromgrenzwert oder das Stromgrenzwertband einfacher und insbesondere präziser an den Antriebsstrom angepasst wird.It is the object of the present invention to provide a coordinate measuring machine and a method for operating a coordinate measuring machine of the type specified above with an adapting to the respective acceleration and / or speed current limit or current limit band for the drive current, with the current limit or the Stromgrenzwertband easier and in particular more precisely adapted to the drive current.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der beigefügten unabhängigen Patentansprüche 1 und 17 gelöst. The object is solved by the subject matters of the attached
Gemäß einem wesentlichen Gedanken der vorliegenden Erfindung wird eine Ist-Geschwindigkeit und/oder eine Ist-Beschleunigung des Sensors oder der Messauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung gemessen und der Stromgrenzwert oder das Stromgrenzwertband für den elektrischen Antriebsstrom aus der gemessenen Ist-Geschwindigkeit und/oder der gemessenen Ist-Beschleunigung ermittelt.According to an essential idea of the present invention, an actual speed and / or an actual acceleration of the sensor or the measuring pad is measured in the direction driven by the electric motor and the current limit value or the current limiting current band for the electric drive current is measured from the measured actual speed and / or the measured actual acceleration determined.
Dies ist aus folgenden Gründen überraschend. Der Fachmann hatte bei einer Betrachtung des aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens die Erwartung, dass nur die Soll-Geschwindigkeit und/oder die Soll-Beschleunigung eine zuverlässige Bestimmung des Stromgrenzwertes zur Erkennung einer Kollision erlaubt. Der Grund dafür ist, dass die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung durch die Soll-Geschwindigkeit und die Soll-Beschleunigung vorgegeben sind, weil diese Größen aus den Fahrbefehlen des Messablaufes abgeleitet werden. Die tatsächlich gemessene Ist-Geschwindigkeit und die tatsächlich gemessene Ist-Beschleunigung hingegen ist durch Regler des Koordinatenmessgerätes festgelegt und ist daher durch den Messablauf nicht eindeutig vorherbestimmt. Für den Fall einer Kollision bestanden daher Vorbehalte, ob die Auswertung der Ist-Geschwindigkeit und/oder der Ist-Beschleunigung zu einer frühzeitigen Kollisionserkennung führt. Überraschend ist hierbei nunmehr die Erkenntnis, dass zur Festlegung des Stromgrenzwertes oder des Stromgrenzwertbandes gerade nicht mehr der funktionale Zusammenhang zwischen der Soll-Beschleunigung und/oder der Soll-Geschwindigkeit betrachtet wird, sondern die tatsächliche Ist-Geschwindigkeit und/oder die Ist-Beschleunigung zur Ermittlung des Stromgrenzwertes oder des Stromgrenzwertbandes verwendet wird.This is surprising for the following reasons. When considering the method known from the prior art, the person skilled in the art had the expectation that only the desired speed and / or the desired acceleration would allow reliable determination of the current limit value for detecting a collision. The reason for this is that the speed and the acceleration of the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor are predetermined by the target speed and the target acceleration because these quantities are derived from the driving commands of the measurement procedure. The actually measured actual speed and the actually measured actual acceleration, however, is determined by the controller of the coordinate measuring machine and is therefore not clearly predetermined by the measurement process. In the case of a collision, therefore, there were reservations as to whether the evaluation of the actual speed and / or the actual acceleration leads to early collision detection. Surprising here is now the realization that to determine the current limit or the current limit band just not the functional relationship between the target acceleration and / or the target speed is considered, but the actual actual speed and / or the actual acceleration to Determining the current limit value or the current limit band is used.
Anders als bei der Ermittlung des Stromgrenzwertes oder des Stromgrenzwertbandes aus der Soll-Beschleunigung und/oder der Soll-Geschwindigkeit erfolgt im vorliegenden Fall bei der Ermittlung des Stromgrenzwertes oder des Stromgrenzwertbandes aus der Ist-Geschwindigkeit und/oder der Ist-Beschleunigung eine Nachbetrachtung. Die Ermittlung der Ist-Geschwindigkeit und/oder der Ist-Beschleunigung sowie des zu erwartenden Antriebsstroms und des Stromgrenzwertes oder des Stromgrenzwertbandes erfordert eine gewisse Rechenzeit. Damit gilt der ermittelte zu erwartende Strom und damit der Stromgrenzwert oder der obere und der untere Stromgrenzwert des Stromgrenzwertbandes für einen Zeitpunkt, der einige Millisekunden in der Vergangenheit liegt. Daher ist der aktuelle Stromgrenzwert oder der obere Stromgrenzwert und der untere Stromgrenzwert des Stromgrenzwertbandes immer mit einem gemessenen Antriebsstrom zu vergleichen, der einige Taktzyklen in der Vergangenheit liegt. Zwischen dem aktuell ermittelten Stromgrenzwert oder dem aktuell ermittelten Stromgrenzwertband einerseits und dem gemessenen Antriebsstrom besteht also ein gewisser Phasenunterschied.In contrast to the determination of the current limit value or of the current limit band from the setpoint acceleration and / or the setpoint speed, in the present case, when the current limit value or the current limit band is determined from the actual speed and / or the actual acceleration, a review is carried out. The determination of the actual speed and / or the actual acceleration as well as the expected drive current and the current limit value or the current limit band requires a certain amount of computing time. Thus, the determined expected current and thus the current limit or the upper and lower current limit of the current limit band applies for a time which is a few milliseconds in the past. Therefore, the current current limit or current limit and current limit band lower current limit must always be compared to a measured drive current that is several clock cycles in the past. There is therefore a certain phase difference between the currently determined current limit value or the currently determined current limit value band on the one hand and the measured drive current, on the other hand.
Die Bestimmung der Ist-Geschwindigkeit oder der Ist-Beschleunigung kann hierbei auf unterschiedliche Arten stattfinden. Beispielsweise kann die Ist-Geschwindigkeit und/oder die Ist-Beschleunigung aus den Maßstabswerten eines durch den Elektromotor angetriebenen Messschlittens der Mechanik bestimmt werden. Diese Maßstabswerte geben die aktuelle Position des betreffenden Messschlittens in der betreffenden Bewegungsrichtung des jeweiligen Messschlittens an. Zur Bestimmung der Ist-Geschwindigkeit werden die Maßstabswerte nach der Zeit abgeleitet. Zur Bestimmung der Ist-Beschleunigung werden die Maßstabswerte zweifach nach der Zeit abgeleitet. Alternativ könnte zur Bestimmung der Ist-Geschwindigkeit und/oder der Ist-Beschleunigung beispielsweise auch ein Beschleunigungssensor verwendet werden der beispielsweise am betreffenden Messschlitten oder am Sensor befestigt ist. Der betreffende Beschleunigungssensor liefert hierbei unmittelbar die Ist-Beschleunigung. Die Ist-Geschwindigkeit kann aus dem Signal des Beschleunigungssensors durch zeitliche Integration gewonnen werden.The determination of the actual speed or the actual acceleration can take place here in different ways. For example, the actual speed and / or the actual acceleration can be determined from the scale values of a measuring slide of the mechanism driven by the electric motor. These scale values indicate the current position of the respective measuring carriage in the relevant direction of movement of the respective measuring carriage. To determine the actual speed, the scale values are derived according to the time. To determine the actual acceleration, the scale values are derived twice over time. Alternatively, for determining the actual speed and / or the actual acceleration, it would also be possible, for example, to use an acceleration sensor which is fastened, for example, to the relevant measuring carriage or to the sensor. The relevant acceleration sensor provides the actual acceleration directly. The actual speed can be obtained from the signal of the acceleration sensor by temporal integration.
Prinzipiell kann auch der mit dem Elektromotor zur Erfassung der aktuellen Ist-Drehzahl verbundene Tachogenerator zur Messung der Ist-Geschwindigkeit und/oder der Ist-Beschleunigung verwendet werden. Da die Ist-Drehzahl proportional zur aktuellen Geschwindigkeit des angetriebenen Messschlittens und damit zur Geschwindigkeit des Sensors in der betreffenden Richtung ist, kann das durch den Tachogenerator gelieferte Signal selber schon als Ist-Geschwindigkeit verwendet werden. Durch zeitliche Ableitung des Signals des Tachogenerators kann zusätzlich oder alternativ auch die Ist-Beschleunigung ermittelt werden, da die Ableitung der durch den Tachogenerator gemessenen Ist-Drehzahl nach der Zeit ein zur Beschleunigung des angetriebenen Messschlittens und damit zur Beschleunigung des Sensors in der betreffenden Richtung proportionales Signal liefert. Die Bestimmung der Ist-Geschwindigkeit und/oder der Ist-Beschleunigung aus dem Signal des Tachogenerators ist allerdings suboptimal, da die Schwingungen, die bei Beschleunigungsvorgängen der Mechanik auftreten, hierdurch nicht ermittelt werden können. Außerdem besteht zwischen der vom Tachogenerator gemessenen Ist-Drehzahl und der tatsächlichen Bewegung des durch den betreffenden Elektromotor angetriebenen Messschlittens oftmals eine Abweichung aufgrund der nur begrenzten Steifigkeit der Kopplung zwischen dem Messschlitten und dem Elektromotor.In principle, the tachogenerator connected to the electric motor for detecting the current actual rotational speed can also be used to measure the actual speed and / or the actual acceleration. Since the actual speed is proportional to the current speed of the driven measuring carriage and thus to the speed of the sensor in the relevant direction, the signal supplied by the tachogenerator itself can already be used as the actual speed. By temporal derivative of the signal of the tachogenerator, the actual acceleration can be determined additionally or alternatively, since the derivative of the measured by the tachogenerator actual speed after the time for the acceleration of the driven measuring slide and thus to accelerate the sensor in the relevant direction proportional Signal supplies. The determination of the actual speed and / or the actual acceleration from the signal of the tachogenerator, however, is suboptimal, since the vibrations that occur during acceleration processes of the mechanics, can not be determined by this. In addition, there is often between the measured by the tachometer generator actual speed and the actual movement of the driven by the respective electric motor measuring slide a deviation due to the limited rigidity of the coupling between the measuring slide and the electric motor.
Zur Ermittlung des Stromgrenzwertes oder des Stromgrenzwertbandes kann aus der Ist-Geschwindigkeit und/oder der Ist-Beschleunigung ein erwarteter Antriebsstrom ermittelt werden, der einem erwarteten Wert für den tatsächlichen elektrischen Antriebsstrom entspricht. Die Ermittlung des erwarteten Antriebsstroms kann generell auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Beispielsweise kann eine Tabelle vorgegeben sein, in der für eine Vielzahl von unterschiedlichen Ist-Geschwindigkeiten und/oder Ist-Beschleunigungen jeweils Werte für den erwarteten Antriebsstrom abgelegt sind. Zwischenwerte können gegebenenfalls über Interpolation ermittelt werden.In order to determine the current limit value or the current limit value band, an expected drive current which corresponds to an expected value for the actual electrical drive current can be determined from the actual speed and / or the actual acceleration. The determination of the expected drive current can generally take place in different ways. For example, a table can be specified in which, in each case, values for the expected drive current are stored for a large number of different actual speeds and / or actual accelerations. If necessary, intermediate values can be determined via interpolation.
Die Ermittlung der Werte für eine solche Tabelle kann auf Unterschiedliche Art und Weise erfolgen.The determination of the values for such a table can take place in different ways.
Eine Tabelle beispielsweise, die nur die Ist-Geschwindigkeit berücksichtigt, kann wie folgt aufgenommen werden. Der Sensor oder die Werkstückauflage wird in der betreffenden durch den Elektromotor angetriebenen Richtung mit unterschiedlichen konstanten Ist-Geschwindigkeiten verfahren und der hierbei auftretende Antriebsstrom wird gemessen. Ist-Geschwindigkeiten und die zugehörigen Antriebsströme werden dann in einer Tabelle abgelegt Aus der so erzeugten Tabelle kann dann ein erwarteter Antriebstrom ausgelesen werden, indem die Ist-Geschwindigkeit ermittelt wird und aus der Tabelle der zugehörige Antriebstrom ausgelesen wird.For example, a table that only considers the actual speed can be recorded as follows. The sensor or the workpiece support is moved in the relevant direction driven by the electric motor with different constant actual speeds and the drive current occurring is measured. Actual speeds and the associated drive currents are then stored in a table. From the table thus generated, an expected drive current can be read out by determining the actual speed and reading out the associated drive current from the table.
Eine Tabelle, die nur die Ist-Beschleunigung berücksichtigt, kann wie folgt aufgenommen werden. Der Sensor oder die Werkstückauflage wird in der betreffenden durch den Elektromotor angetriebenen Richtung mit unterschiedlichen konstanten Beschleunigungen beschleunigt. Während der Beschleunigung wird der Antriebstrom gemessen und das Maximum des Antriebstroms zugehörig zu der betreffenden Ist-Beschleunigung in einer Tabelle abgelegt. Aus der so erzeugten Tabelle kann dann ein erwarteter Antriebstrom ausgelesen werden, indem die Ist-Beschleunigung ermittelt wird und aus der Tabelle der zugehörige Antriebstrom ausgelesen wird.A table that only considers the actual acceleration can be recorded as follows. The sensor or the workpiece support is accelerated in the relevant direction driven by the electric motor with different constant accelerations. During acceleration, the drive current is measured and the maximum of the drive current associated with the relevant actual acceleration is stored in a table. From the table thus generated, an expected drive current can then be read out by determining the actual acceleration and reading out the associated drive current from the table.
Eine Tabelle, in der sowohl die Ist-Geschwindigkeit, wie auch die Ist-Beschleunigung berücksichtigt wird, kann wie folgt aufgenommen werden. Der Sensor oder die Werkstückauflage wird in der betreffenden durch den Elektromotor angetriebenen Richtung mit einer konstanten Ist-Beschleunigung verfahren. Während des Beschleunigungsvorganges erhöht sich kontinuierlich die Ist-Geschwindigkeit. Während des Beschleunigungsvorganges wird dann für bestimmte Werte der Ist-Geschwindigkeit der zugehörige Antriebstrom gemessen. Dieser Vorgang wird für eine Vielzahl von unterschiedlichen Ist-Beschleunigungen wiederholt. Die gemessenen Antriebsströme in Abhängigkeit von der jeweiligen Ist-Beschleunigung und der jeweiligen Ist-Geschwindigkeit werden dann in der Tabelle hinterlegt. Aus der so erzeugten Tabelle kann dann ein erwarteter Antriebstrom ausgelesen werden, in dem die Ist-Geschwindigkeit und die Ist-Beschleunigung ermittelt wird und aus der Tabelle der zugehörige Antriebstrom ausgelesen wird.A table in which both the actual speed and the actual acceleration is taken into account can be recorded as follows. The sensor or the workpiece support is moved in the relevant direction driven by the electric motor with a constant actual acceleration. During the acceleration process, the actual speed increases continuously. During the acceleration process, the associated drive current is then measured for specific values of the actual speed. This process is repeated for a variety of different actual accelerations. The measured drive currents as a function of the respective actual acceleration and the respective actual speed are then stored in the table. From the table thus generated, an expected drive current can then be read in which the actual speed and the actual acceleration are determined and the associated drive current is read from the table.
Erheblich einfacher jedoch ist es, wenn der erwartete Antriebsstrom aus einer Funktion berechnet werden kann. In einer sehr einfachen Form einer solchen Ermittlung des erwarteten Antriebsstroms kann einfach ein variabler Geschwindigkeitsanteil berücksichtigt werden, der proportional zur gemessenen Ist-Geschwindigkeit ist. Der dazu benötigte Proportionalitätsfaktor kann einfach bestimmt werden, indem der Sensor oder die Werkstückauflage in der betreffenden, durch den Elektromotor angetriebenen Richtung mit einer hohen, konstanten Ist-Geschwindigkeit vist verfahren wird und der zugehörige Antriebsstrom Iist gemessen wird. Der Proportionalitätsfaktor Kv für den variablen Geschwindigkeitsanteil kann dann wie folgt bestimmt werden:
Ein erwarteter Antriebsstrom Ierw kann dann nach Ermittlung des Proportionalitätsfaktors Kv im regulären Messbetrieb des Koordinatenmessgerätes abhängig von der gemessenen Ist-Geschwindigkeit vist wie folgt ermittelt werden:
In einer anderen, sehr einfachen Form einer solchen Ermittlung des erwarteten Antriebsstroms kann einfach ein variabler Beschleunigungsanteil berücksichtigt werden, der proportional zur gemessenen Ist-Beschleunigung aist ist. Der dazu benötigte Proportionalitätsfaktor Ka kann einfach bestimmt werden, indem der Sensor oder die Werkstückauflage in der betreffenden, durch den Elektromotor angetriebenen Richtung mit einer hohen, konstanten Ist-Beschleunigung aist verfahren wird und der zugehörige Antriebsstrom Iist gemessen wird. Der Proportionalitätsfaktor Ka für den variablen Beschleunigungsanteil kann dann wie folgt bestimmt werden:
Ein erwarteter Antriebsstrom Ierw kann dann nach der Ermittlung des Proportionalitätsfaktors Ka im regulären Messbetrieb des Koordinatenmessgerätes abhängig von der gemessenen Ist-Beschleunigung aist wie folgt ermittelt werden:
Nachdem der tatsächliche Antriebsstrom im Elektromotor sowohl von der Ist-Geschwindigkeit vist, wie auch von der Ist-Beschleunigung aist abhängt, kann die Genauigkeit, mit der sich der erwartete Wert des Antriebsstroms Ierw bestimmen lässt, erheblich verbessert werden, wenn beide vorgenannten Vorgehensweisen miteinander kombiniert werden:
Wichtig bei der Bestimmung der Proportionalitätsfaktoren ist hierbei, dass zunächst der Proportionalitätsfaktor Kv für den Geschwindigkeitsanteil bestimmt wird. Die Bestimmung kann hierbei genauso erfolgen, wie dies oben im Zusammenhang mit Gleichung 1 und Gleichung 2 ausgeführt wurde. Nachdem nämlich die Ist-Beschleunigung aist bei konstanter Ist-Geschwindigkeit vist gleich Null ist, fällt der Beschleunigungsanteil aist·Ka dann weg. Sobald der Proportionalitätsfaktor Kv für den Geschwindigkeitsanteil bestimmt ist, kann der Proportionalitätsfaktor Ka für den Beschleunigungsanteil ermittelt werden. Dazu wird der Sensor oder die Werkstückauflage in der betreffenden durch den Elektromotor angetriebenen Richtung mit einer hohen konstanten Beschleunigung aist beschleunigt. Für eine vordefinierte Ist-Geschwindigkeit vist während des Beschleunigungsvorganges wird dann der Antriebstrom Iist gemessen. Aus der Ist-Beschleunigung aist, der Ist-Geschwindigkeit vist und dem gemessenen Antriebsstrom Iist kann dann durch der Proportionalitätsfaktor Ka wie folgt bestimmt werden:
Ein erwarteter Antriebsstrom Ierw kann dann nach der Ermittlung der Proportionalitätsfaktoren Kv und Ka im regulären Messbetrieb des Koordinatenmessgerätes abhängig von der gemessenen Ist-Geschwindigkeit vist und der gemessenen Ist-Beschleunigung aist über Gleichung 5 ermittelt werden.An expected drive current I can erw then after determination of the proportionality factors K v and K a, in a regular measurement operation of the coordinate measuring device depending on the measured actual speed is v and the measured actual acceleration a is to be determined using equation. 5
Es hat sich außerdem gezeigt, dass neben der Ist-Geschwindigkeit aist und der Ist-Beschleunigung aist eine dritte, wesentliche Einflussgröße der Anteil des Antriebsstromes ist, der dazu notwendig ist, den Sensor oder die Werkstückauflage überhaupt in der betreffenden, durch den Elektromotor angetriebenen Richtung zu bewegen. Hierfür können unterschiedliche Gründe vorliegen. Beispielsweise können entgegen der Fahrtrichtung, in die ein Messschlitten durch den Elektromotor angetrieben wird, Reibkräfte wirken. Es können auch Kräfte auftreten, weil ein Kabelbaum, der die Stromversorgungsleitungen und/oder die Signalleitungen für die Mechanik enthält, durch die Bewegung verformt wird und hierdurch Kräfte auftreten. Ein anderer Grund kann bei einem vertikal beweglichen Messschlitten sein, dass die Gewichtskräfte des Messschlittens durch den Elektromotor aufgenommen werden und hierdurch bei einer Aufwärtsbewegung des Messschlittens die Gewichtskraft des Messschlittens der Bewegung entgegenwirkt oder bei einer Abwärtsbewegung in Bewegungsrichtung mitwirkt.It has also been shown that, besides the actual speed A and the actual acceleration a is a third major determinant of the proportion of the drive current is, which is still needed, the sensor or the workpiece support at all in the relevant, by the electric motor to move driven direction. There may be different reasons for this. For example, counter to the direction of travel, in which a measuring carriage is driven by the electric motor, frictional forces act. There may also be forces, because a wire harness, which contains the power supply lines and / or the signal lines for the mechanics, is deformed by the movement and thereby forces occur. Another reason may be with a vertically movable measuring carriage, that the weight forces of the measuring carriage are received by the electric motor and thereby counteracts the weight of the measuring carriage movement or when a downward movement in the direction of movement during an upward movement of the measuring carriage.
Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn bei der Ermittlung des erwarteten Antriebsstroms ein Grundanteil R berücksichtigt wird, der einem Antriebsstrom entspricht, welcher bei Bewegung des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung bei einer niedrigen konstanten Geschwindigkeit entspricht. Als Grundanteil kann ein von der Geschwindigkeitsrichtung der Ist-Geschwindigkeit unabhängiger konstanter Grundanteil R* verwendet werden. Nachdem jedoch dieser Grundanteil von der Geschwindigkeitsrichtung der Ist-Geschwindigkeit abhängen kann, kann besonders vorteilhaft als Grundanteil auch ein von der Geschwindigkeitsrichtung der Ist-Geschwindigkeit vist abhängiger Grundanteil R± verwendet werden, wobei dieser richtungsabhängige Grundanteil R± einen ersten konstanten Wert R+ annimmt, wenn die gemessene Ist-Geschwindigkeit vist positiv ist und einen zweiten konstanten Wert R– annimmt, wenn die gemessene Ist-Geschwindigkeit vist negativ ist.Therefore, it is particularly advantageous if, in determining the expected drive current, a basic component R corresponding to a drive current corresponding to a movement of the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor at a low constant speed is taken into account. The basic component can be a constant fundamental component R * independent of the velocity direction of the actual velocity. However, since this basic component may depend on the velocity direction of the actual velocity , a basic component R ± dependent on the velocity direction of the actual velocity v ist can be used particularly advantageously as a basic component, this direction-dependent fundamental component R ± assuming a first constant value R + when the measured actual speed v ist is positive and assumes a second constant value R - when the measured actual speed v ist is negative.
Dieser Grundanteil R kann sowohl im Zusammenhang mit der oben beschriebenen Tabelle verwendet werden, als auch im Zusammenhang mit der eben beschriebenen Funktion.This basic component R can be used both in conjunction with the table described above, as well as in connection with the function just described.
Soweit ein konstanter Grundanteil R* verwendet wird, wird der betreffende Messschlitten in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung mit sehr geringer Geschwindigkeit verfahren und der hierbei gemessene Antriebsstrom als konstanter Grundanteil verwendet. Soweit ein richtungsabhängiger Grundanteil R± verwendet werden soll, wird der betreffende Messschlitten durch den Elektromotor zunächst in positiver Geschwindigkeitsrichtung mit sehr geringer Geschwindigkeit verfahren und der hierbei gemessene Antriebsstrom als erster konstanter Wert R+ übernommen und danach in negativer Geschwindigkeitsrichtung mit sehr geringer Geschwindigkeit verfahren und der hierbei gemessene Antriebsstrom als zweiter konstanter Wert R– übernommen.Insofar as a constant basic component R * is used, the relevant measuring slide is moved in the direction driven by the electric motor at a very low speed and the drive current measured here is used as a constant basic component. Insofar as a direction-dependent basic component R ± is to be used, the relevant measuring slide is first moved by the electric motor in a positive speed direction at a very low speed and the measured drive current is taken over as the first constant value R + and then traversed in the negative speed direction with very low speed and the In this case measured drive current as the second constant value R - accepted.
Wesentlich bei der Verwendung eines Grundanteils R ist, dass dieser ganz am Anfang bestimmt wird, also bevor die oben beschriebene Tabelle erstellt wird oder bevor die Proportionalitätsfaktoren Kv und/oder Ka in der Funktion ermittelt werden. Dann wird der Grundanteil bei der Ermittlung der Einträge der Tabelle oder im Falle der Funktion, bei der Bestimmung des Proportionalitätsfaktors Kv für den Geschwindigkeitsanteil und/oder des Proportionalitätsfaktors Ka für den Beschleunigungsanteil immer mitberücksichtigt, indem der jeweilige gemessene Antriebsstrom Iist um den Grundanteil R vermindert wird.Essential in the use of a basic portion R is that this is determined at the very beginning, ie before the table described above is created or before the proportionality factors K v and / or K a are determined in the function. Then, the basic component in the determination of the entries of the table or in the case of the function, in the determination of the proportionality factor K v for the speed component and / or the proportionality factor K a for the acceleration component always is taken into account by the respective measured drive current I is reduced by the basic component R.
Eine Funktion Ierw(vist, aist), mit der sich besonders präzise Ergebnisse für den erwarteten Antriebsstrom Ierw ermitteln lassen, sieht wie folgt aus:
Hierin bedeuten:
- R
- = der besagte Grundanteil, also entweder der konstante Grundanteil R* oder der richtungsabhängige Grundanteil R±
- Kv
- = Proportionalitätsfaktor für den variablen Geschwindigkeitsanteil
- vist
- = gemessene Ist-Geschwindigkeit
- Ka
- = Proportionalitätsfaktor für den variablen Beschleunigungsanteil
- aist
- = gemessene Ist-Beschleunigung
- R
- = the said basic part, ie either the constant basic part R * or the directional basic part R ±
- K v
- = Proportionality factor for the variable speed component
- v is
- = measured actual speed
- K a
- = Proportionality factor for the variable acceleration component
- a is
- = measured actual acceleration
Durch Ermittlung der Ist-Geschwindigkeit vist und der Ist-Beschleunigung aist und einsetzen in Gleichung 7 kann dann auf besonders einfache Weise der erwartete Antriebstrom ermittelt werden.By determining the actual speed v ist and the actual acceleration is a and use in
Im Falle eines richtungsabhängigen Grundanteils R± können die Werte R±, Kv und Ka wie folgt bestimmt werden. Zunächst wird der richtungsabhängige Grundanteil R± bestimmt, indem der betreffende Messschlitten durch den Elektromotor zunächst in positiver Geschwindigkeitsrichtung mit sehr geringer Geschwindigkeit verfahren und der hierbei gemessene Antriebsstrom Iist als erster konstanter Wert R+ übernommen wird. Danach wird der Messschlitten durch den Elektromotor in negativer Geschwindigkeitsrichtung mit sehr geringer Geschwindigkeit verfahren und der hierbei gemessene Antriebsstrom Iist als zweiter konstanter Wert R– übernommen wird. Danach wird der Proportionalitätsfaktor Kv für den variablen Geschwindigkeitsanteil bestimmt, indem der Messschlitten mit hoher konstanter Ist-Geschwindigkeit vist verfahren wird und der tatsächliche Antriebsstrom Iist gemessen wird. Nachdem die Ist-Beschleunigung aist bei konstanter Ist-Geschwindigkeit vist etwa Null ist, kann der Proportionalitätsfaktor Kv für den variablen Geschwindigkeitsanteil dann wie folgt ermittelt werden:
Wie oben schon beschrieben wird der Grundanteil R bei der Bestimmung des Proportionalitätsfaktors Kv für den variablen Geschwindigkeitsanteil mitberücksichtigt, indem der jeweilige gemessene Antriebsstrom Iist um den Grundanteil R vermindert wird, also Iist – R. Im Falle eines konstanten Grundanteils wäre anstellte von R natürlich R* einzusetzen und im Falle eines richtungsabhängigen Grundanteils R± wäre anstelle von R in Abhängigkeit von der Richtung der Ist-Geschwindigkeit vist entweder R+ oder R– einzusetzen. Zuletzt wird der Proportionalitätsfaktor Ka für den variablen Beschleunigungsanteil bestimmt, indem der Messschlitten mit hoher konstanter Ist-Beschleunigung aist verfahren wird und für einen Zeitpunkt die Ist-Geschwindigkeit vist, die Ist-Beschleunigung aist und der tatsächliche Antriebsstrom Iist gemessen wird. Der Proportionalitätsfaktor Ka für den variablen Beschleunigungsanteil kann dann wie folgt ermittelt werden:
Auch in Gleichung 9 wird, wie oben schon beschrieben, der Grundanteil R bei der Bestimmung des Proportionalitätsfaktors Ka für den variablen Beschleunigungsanteil mitberücksichtigt, indem der jeweilige gemessene Antriebsstrom Iist um den Grundanteil R vermindert wird, also Iist – R. Im Falle eines konstanten Grundanteils wäre anstellte von R natürlich R* einzusetzen und im Falle eines geschwindigkeitsrichtungsabhängigen Grundanteils R± wäre anstelle von R in Abhängigkeit von der Richtung der Ist-Geschwindigkeit vist entweder R+ oder R– einzusetzen., As already described above, the basic component R taken into account in the determination of the proportionality factor K a for the variable acceleration component by correlating the measured drive current I is reduced by the basic component R, so I is also in Equation 9 - R. In the case of of course R * should be used in place of R and, in the case of a velocity-direction-dependent fundamental R ± , instead of R depending on the direction of the actual velocity v , either R + or R - should be used .
Aus dem erwarteten Antriebstrom Ierw kann dann sehr einfach ein Stromgrenzwert ermittelt werden, indem der zu erwartende Antriebstrom Ierw um einen ersten Stromwert d erhöht wird. Hierbei ist folgendes zu beachten. Abhängig von der Richtung der Ist-Geschwindigkeit vist ist der Antriebstrom Iist in der Regel positiv oder negativ. (Hinweis: Bei vertikal beweglichen Messschlitten, deren Gewichtskraft nicht beispielsweise durch ein Gegengewicht oder eine Feder kompensiert ist, kann der Antriebsstrom Iist auch für beide Richtungen der Ist-Geschwindigkeit das gleiche Vorzeichen aufweisen). Die Erhöhung um einen ersten Stromwert d bedeutet im Falle eines positiven erwarteten Antriebstroms, dass der erste Stromwert d addiert wird, während im Falle eines negativen erwarteten Antriebstroms der erste Stromwert d subtrahiert werden muss. Man kann aber auch einfach nur den Betrag des erwarteten Antriebstroms verwenden, so dass eine Erhöhung dann generell durch Addition des ersten konstanten Stromwertes d erfolgt.From the expected drive current I erw can then be determined very easily a current limit by the expected drive current I erw is increased by a first current value d. Please note the following. Depending on the direction of the actual speed v ist is the drive current I is usually positive or negative. (Note: For vertically movable measuring carriages whose weight is not compensated, for example, by a counterweight or a spring, the drive current I can also have the same sign for both directions of the actual speed). The increase by a first current value d in the case of a positive expected drive current means that the first current value d is added, while in the case of a negative expected drive current the first current value d has to be subtracted. But you can also just use the amount of the expected drive current, so that an increase is then generally by adding the first constant current value d.
Anstelle eines Stromgrenzwertes kann aber auch, wie oben bereits ausgeführt, ein Stromgrenzwertwand verwendet werden, indem zum erwarteten Antriebstrom ein erster Stromwert d addiert wird um einen oberen Stromgrenzwert zu erhalten und vom erwarteten Antriebstrom ein zweiter Stromwert e subtrahiert wird, um einen unteren Stromgrenzwert zu erhalten. Soweit der erste Stromwert d und der zweite Stromwert e vom Betrag her gleich sind, spielt die Richtung der Geschwindigkeit, die sich aus der Stellgröße vsteuer ergibt, keine Rolle, da der obere Stromgrenzwert und der untere Stromgrenzwert dann unabhängig von der Geschwindigkeitsrichtung immer gleich weit vom erwarteten Antriebstrom Ierw entfernt sind.Instead of a current limit value, however, as already explained above, a current limit value wall can be used by adding to the expected drive current a first current value d to obtain an upper current limit value and subtracting a second current value e from the expected drive current to obtain a lower current limit value , As far as the first current value and second current value d e are the same in magnitude, makes the direction of the velocity, v, the control resulting from the control value, not matter, since the upper current threshold and the lower current threshold then regardless of the speed direction are always the same distance from the expected drive current I erw away.
Soweit der erste Stromwert d und der zweite Stromwert e unterschiedlich sind, muss dann natürlich bei umgekehrter Richtung der Geschwindigkeit, die sich aus der Stellgröße vsteuer ergibt, der erste Stromwert d subtrahiert werden (hierdurch wird dann der untere Stromgrenzwert des Stromgrenzwertbandes erhalten) und der zweite Stromwert e addiert werden (hierdurch wird dann der obere Stromgrenzwert des Stromgrenzwertbandes erhalten).As far as the first current value d and the second current value e are different, then it must, of course, in reverse direction, the speed V control resulting from the control value, the first current value d is subtracted (thus the lower current limit of the current limit value band is obtained) and the second current value e are added (thereby the upper current limit of the current limit band is obtained).
Somit wird bei der Ermittlung des Stromgrenzwertes oder eines ersten Stromgrenzwertes (oberer Stromgrenzwert für eine Richtung der Geschwindigkeit, unterer Stromgrenzwert für die andere Richtung der Geschwindigkeit) des Stromgrenzwertbandes der erwartete Antriebstrom um einen ersten Stromwert d derart erhöht, dass der Betrag des Stromgrenzwertes oder des ersten Stromgrenzwertes des Stromgrenzwertbandes höher als der Betrag des erwarteten Antriebsstroms ist.Thus, in determining the current limit or a first current limit (upper current limit for one direction of velocity, lower current limit for the other direction of velocity) of the current limit band, the expected drive current is increased by a first current value d such that the magnitude of the current limit or the first Current limit of the current limit band is higher than the amount of the expected drive current.
Zur Ermittlung des zweiten Stromgrenzwertes (unterer Stromgrenzwert für eine Richtung der Geschwindigkeit, oberer Stromgrenzwert für die andere Richtung der Geschwindigkeit) des Stromgrenzwertbandes wird außerdem der erwartete Antriebstrom zusätzlich um einen zweiten Stromwert e derart vermindert, so dass der Betrag des zweiten Stromgrenzwertes des Stromgrenzwertbandes niedriger als der Betrag des erwarteten Antriebsstroms ist.In order to determine the second current limit value (lower current limit for one direction of the velocity, upper current limit for the other direction of the velocity) of the current limit band, the expected drive current is additionally reduced by a second current value e such that the magnitude of the second current limit value of the current limit band is lower than is the amount of the expected drive current.
Der erste Stromwert d und/oder der zweite Stromwert e sind im einfachsten Fall konstant. Anstelle eines konstanten ersten Stromwertes d und gegebenenfalls eines konstanten zweiten Stromwertes e können aber auch Stromwerte verwendet werden, die in Abhängigkeit von Parametern, wie beispielsweise der Ist-Geschwindigkeit vist und/oder der Ist-Beschleunigung aist variieren. Beispielsweise kann der Betrag des ersten Stromwertes d und gegebenenfalls des zweiten Stromwertes e für geringe Geschwindigkeiten größer sein, als für hohe Geschwindigkeiten, weil insbesondere für geringe Geschwindigkeiten Iist sich höhere Abweichungen des gemessenen Antriebstroms gegenüber dem erwarteten Antriebstrom Ierw ergeben, als bei höheren Geschwindigkeiten.The first current value d and / or the second current value e are constant in the simplest case. Instead of a constant first current value d and optionally a constant second current value e as well as current values may be used that vary in function of parameters such as the actual speed v and / or the actual acceleration a. For example, the amount of the first current value d and, if appropriate, of the second current value e for low speeds can be greater than for high speeds, because, in particular for low speeds I higher deviations of the measured drive current from the expected driving current I, is devoted to person, as at higher speeds ,
Hinsichtlich der Mechanik zum Verstellen eines Sensors relativ zu einer Werkstückaufnahme ist folgendes anzumerken. Zum heutigen Zeitpunkt gibt es eine Fülle an unterschiedlichen Mechaniken mit denen ein Sensor relativ zu einer Werkstückaufnahme verstellt werden kann.With regard to the mechanism for adjusting a sensor relative to a workpiece holder, the following should be noted. At the present time, there is a wealth of different mechanisms with which a sensor can be adjusted relative to a workpiece holder.
Üblich sind beispielsweise Mechaniken, bei denen die Werkstückaufnahme als feststehender Werkstücktisch ausgebildet ist, wobei der Sensor über die Mechanik meist in drei senkrecht aufeinander stehenden Koordinatenrichtungen verfahren werden kann. Dazu weist eine solche Mechanik für jede der Koordinatenrichtungen einen Messschlitten auf, der entlang einer Linearführung geführt ist, wobei der betreffende Messschlitten über den besagten Elektromotor in der betreffenden Richtung angetrieben ist und ein Maßstab mit einem zugehörigen Ablesekopf vorgesehen ist, über den in der betreffenden Richtung die aktuelle Position des Messschlittens festgestellt werden kann. Ein beispielhafter Aufbau eines solchen Koordinatenmessgerätes ist ein Koordinatenmessgerät vom sogenannten Portaltyp wie es weiter unten im Zusammenhang mit
Bekannt sind auch Koordinatenmessgeräte, bei denen die Relativbewegung zwischen dem Sensor und der Werkstückauflage nicht oder nicht ausschließlich durch eine Verstellung des Sensors, sondern durch eine Verstellung der Werkstückauflage in einer oder mehreren Koordinatenrichtungen erzeugt wird. Dazu weist die betreffende Mechanik dann, genau wie oben im Zusammenhang mit der Verstellung des Sensors beschrieben, für jede der betreffenden Koordinatenrichtungen einen Messschlitten auf, der entlang einer Linearführung geführt ist, wobei der betreffende Messschlitten über den besagten Elektromotor in der betreffenden Richtung angetrieben ist und ein Maßstab mit einem zugehörigen Ablesekopf vorgesehen ist, über den in der betreffenden Richtung die aktuelle Position des Messschlittens festgestellt werden kann.Also known coordinate measuring machines, in which the relative movement between the sensor and the workpiece support is not or not exclusively by an adjustment of the sensor, but by an adjustment of the workpiece support in one or more coordinate directions is generated. For this purpose, the mechanism in question then, as described above in connection with the adjustment of the sensor, for each of the respective coordinate directions on a measuring carriage, which is guided along a linear guide, wherein the respective measuring carriage is driven via said electric motor in the relevant direction and a scale is provided with an associated reading head over which the current position of the measuring carriage can be determined in the relevant direction.
Es sind ferner auch Koordinatenmessgeräte bekannt, bei denen die Relativbewegung zwischen der Werkstückauflage und dem Sensor durch Drehgelenke erzeugt wird. Beispiele hierfür sind Drehtische, die das Werkstück um eine vertikale Drehachse drehbar lagern, Dreh-Schwenkgelenke mit denen der Sensor dreh- und schwenkbar am Ende des in drei Koordinatenrichtungen beweglich gelagerten Messarms befestigt ist oder Roboterarme, die nur Drehgelenke aufweisen. Auch hier ist zur Erzeugung der Drehbewegung in den Drehgelenken ein Elektromotor vorgesehen und ein Drehencoder, über den der jeweilige Drehwinkel des Drehgelenkes gemessen werden kann.Coordinate measuring devices are also known, in which the relative movement between the workpiece support and the sensor is generated by rotary joints. Examples of this are turntables that support the workpiece rotatably about a vertical axis of rotation, rotary swivel joints with which the sensor is rotatably and pivotally mounted at the end of the movable in three coordinate directions measuring arm or robot arms that have only swivel joints. Again, an electric motor is provided for generating the rotational movement in the rotary joints and a rotary encoder, via which the respective angle of rotation of the rotary joint can be measured.
Es sind außerdem auch Koordinatenmessgeräte bekannt, bei denen die Relativbewegung zwischen dem Sensor und der Werkstückauflage nur auf zwei Koordinatenrichtungen beschränkt ist. Die dritte Koordinatenrichtung wird hierbei beispielsweise optisch über einen optischen Abstandsensor ermittelt. Prinzipiell ist sogar eine Mechanik denkbar, bei der die Relativbewegung zwischen dem Sensor und der Werkstückauflage in nur einer Koordinatenrichtung erfolgt. Beispielsweise könnte der Sensor eine Digitalkamera sein, die die gesamte Breite des Werkstückes erfasst und die den Abstand zum Werkstück beispielsweise durch die Fokuslage misst.Coordinate measuring devices are also known in which the relative movement between the sensor and the workpiece support is limited to only two coordinate directions. The third coordinate direction is determined, for example, optically via an optical distance sensor. In principle, even a mechanism is conceivable in which the relative movement between the sensor and the Workpiece support takes place in only one coordinate direction. For example, the sensor could be a digital camera which detects the entire width of the workpiece and measures the distance to the workpiece, for example, by the focus position.
Als Sensor kommen hierbei unterschiedlichste Typen infrage Es können taktile Sensoren verwendet werden, wie beispielsweise ein messender Tastkopf, bei dem in drei Koordinatenrichtungen die Auslenkung eines das Werkstück berührenden Tastelementes gemessen werden kann oder ein schaltender Tastkopf, der bei Berührung des Werkstückes mit seinem Tastelement ein Signal abgibt. Es können aber genauso beispielsweise optische Sensoren, wie eine Digitalkamera oder ein Lasertriangulationstaster oder andere geeignete Sensoren verwendet werden.Tactile sensors can be used, such as a measuring probe, in which the deflection of a touching the workpiece workpiece element can be measured in three coordinate directions or a switching probe, the touch of the workpiece with its probe element a signal emits. But it can just as optical sensors, such as a digital camera or a laser triangulation probe or other suitable sensors are used as well.
Die Erfindung erlaubt es für beliebige Verläufe der Geschwindigkeit und damit auch beliebige Verläufe der Beschleunigung eine zuverlässige Kollisionsüberwachung bereitzustellen. Um eine hohe Beschleunigung des Sensors oder der Werkstückauflage zu erzielen, ist ein entsprechend hoher Stromgrenzwert erforderlich. Ist nur eine langsame Geschwindigkeit vorgegeben und sind nur geringe Beschleunigungswerte erlaubt, kann der Stromgrenzwert niedrig gewählt werden.The invention makes it possible to provide reliable collision monitoring for any course of the speed and therefore also any courses of acceleration. In order to achieve a high acceleration of the sensor or the workpiece support, a correspondingly high current limit value is required. If only a slow speed is specified and only low acceleration values are permitted, the current limit can be set low.
Insbesondere wird ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts vorgeschlagen, wobei eine Mechanik zum Verstellen eines Sensors relativ zu einer Werkstückauflage in zumindest einer Richtung vorgesehen ist und diese Mechanik wenigstens einen Elektromotor aufweist, über den die Verstellung des Sensors oder der Werkstückauflage in dieser Richtung angetrieben wird und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- (a) ein elektrischer Antriebstrom, der durch den Elektromotor fließt, um eine Bewegung des Elektromotors und auf diese Weise eine Bewegung des Sensors oder der Werkstückauflage zu bewirken, wird gemessen,
- (b) eine Ist-Geschwindigkeit und/oder eine Ist-Beschleunigung des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung wird gemessen
- (c) abhängig von einer gemessenen Ist-Geschwindigkeit und/oder abhängig von einer gemessenen Ist-Beschleunigung, wird ein Stromgrenzwert oder ein Stromgrenzwertband (d. h. ein Bereich von Werten für den Antriebstrom, der durch einen unteren Stromgrenzwert und einen oberen Stromgrenzwert definiert ist) für den elektrischen Antriebstrom ermittelt, und
- (d) wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert erreicht und/oder wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert überschreitet, oder wenn das Stromgrenzwertband verlassen wird, wird die Bewegung der Mechanik zumindest in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung angehalten.
- (a) an electric drive current flowing through the electric motor to cause movement of the electric motor and thus movement of the sensor or workpiece support is measured;
- (b) an actual speed and / or an actual acceleration of the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor is measured
- (c) is dependent on a measured actual speed and / or dependent on a measured actual acceleration, a current limit or current limit band (ie a range of values for the drive current defined by a lower current limit and an upper current limit) for determines the electric drive current, and
- (d) when the drive electric current reaches the detected current limit and / or when the drive electric current exceeds the detected current limit, or when the current limit band is left, movement of the mechanism is stopped at least in the direction driven by the motor.
„Überschreiten” des Stromgrenzwertes beinhaltet, dass der Antriebstrom in einem Fall z. B. größer als der Stromgrenzwert wird und in einem anderen Fall z. B. kleiner als der Stromgrenzwert wird. „Überschreiten” ist also im Sinne eines „Überquerens” zu verstehen. Die Ermittlung eines Stromgrenzwertes und die Überwachung, ob der Stromgrenzwert erreicht und/oder überschritten wird, schließt auch die Möglichkeit eines Stromgrenzwertbandes ein, d. h. eines Bereichs von Werten für den Antriebstrom, der durch einen unteren Stromgrenzwert und einen oberen Stromgrenzwert definiert ist. Es wird dann überwacht, ob der Antriebstrom das Stromgrenzwertband, d. h. den Bereich, verlässt, in welchem Fall die Bewegung der Mechanik zumindest in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung angehalten wird. Ein Verlassen des Stromgrenzwertbandes ist hierbei so zu verstehen, dass der Antriebsstrom den oberen Stromgrenzwert des Stromgrenzwertbandes erreicht und/oder überschreitet oder den unteren Stromgrenzwert des Stromgrenzwertbandes erreicht und/oder „überschreitet”. Die Überprüfung, ob das Stromgrenzwertband verlassen wird, ist damit faktisch dasselbe wie die Überwachung, ob ein Stromgrenzwert erreicht und/oder überschritten wird, nur dass diese Überwachung für einen oberen Stromgrenzwert und für einen unteren Stromgrenzwert vorgenommen wird. Dieses Merkmal wurde aus Gründen der Klarheit in die unabhängigen Ansprüche aufgenommen."Exceeding" the current limit value includes that the drive current in a case z. B. is greater than the current limit and in another case z. B. is smaller than the current limit. "Exceeding" is thus to be understood in the sense of "crossing over". The determination of a current limit and the monitoring of whether the current limit is reached and / or exceeded also include the possibility of a current limit band, i. H. a range of values for the drive current defined by a lower current limit and an upper current limit. It is then monitored whether the drive current is the current limit band, i. H. the region leaves, in which case the movement of the mechanism is stopped, at least in the direction driven by the electric motor. Leaving the current limit band is understood to mean that the drive current reaches and / or exceeds the upper current limit of the current limit band or reaches and / or exceeds the lower current limit of the current limit band. The verification of whether the current limit band is leaving is thus in fact the same as monitoring whether a current limit is reached and / or exceeded, except that this monitoring is done for an upper current limit and a lower current limit. This feature has been incorporated into the independent claims for the sake of clarity.
Die Bestimmung von Koordinaten in einem Koordinatensystem ist nicht darauf beschränkt, dass die Koordinaten kartesische Koordinaten sind. Vielmehr können Koordinaten jeglicher Art bestimmt werden, beispielsweise Polarkoordinaten, Zylinderkoordinaten usw.. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Stromüberwachung besteht darin, dass die Überwachung auch während einer beschleunigten Bewegung des Sensors oder der Werkstückauflage in der betreffenden, durch den Elektromotor angetriebenen Richtung aktiv bleiben kann. Es können prinzipiell beliebig hohe Beschleunigungswerte zugelassen werden, ohne dass die Stromüberwachung ausgeschaltet werden muss.The determination of coordinates in a coordinate system is not limited to that the coordinates are Cartesian coordinates. Rather, coordinates of any kind can be determined, for example, polar coordinates, cylindrical coordinates, etc. A significant advantage of the power monitoring according to the invention is that the monitoring can remain active during an accelerated movement of the sensor or workpiece support in the relevant, driven by the electric motor direction. In principle, any desired high acceleration values can be permitted without the current monitoring having to be switched off.
Wie oben ausführlich dargestellt, wird aus der Ist-Geschwindigkeit und/oder der Ist-Beschleunigung ein erwarteter Antriebsstrom und hieraus der Stromgrenzwert oder das Stromgrenzwertband ermittelt. Bei der Ermittlung können zur weiteren Erhöhung der Präzision noch weitere Parameter verwendet werden, wie die Umgebungstemperatur, die Temperatur von Teilen des Koordinatenmessgeräts, die Position des Sensors und/oder der Werkstückauflage in einem ortsfesten Koordinatensystem, die relative Position des Sensors oder der Werkstückauflage in Bezug auf das zu vermessende Werkstück oder in Bezug auf andere Teile des Messaufbaus und/oder durch Betriebszustände (wie z. B. eine aktuell gewählte Getriebestufe eines mehrstufigen Getriebes, welches bei der Kraftübertragung des Elektromotors auf den Sensor oder auf die Werkstückauflage in der betreffenden, durch den Elektromotor angetriebenen Richtung eingesetzt wird), bestimmt sein. Die Berücksichtigung solcher Parameter erhöht die Sicherheit weiter. Auf diese Weise kann der Stromgrenzwert dichter bei dem tatsächlich für den Betrieb benötigten Stromwert liegen. Wenn der Stromgrenzwert überschritten wird oder wenn der Stromgrenzwert erreicht oder überschritten wird oder das Stromgrenzwertband verlassen wird, wird die Mechanik zumindest in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung angehalten. Soweit die Mechanik eine Verstellung des Sensors relativ zur Werkstückauflage in mehreren Richtungen zulässt, wird die Mechanik vorzugsweise in allen Richtungen angehalten,As detailed above, an expected drive current is determined from the actual speed and / or the actual acceleration and from this the current limit value or the current limit band is determined. During the determination, further parameters can be used to further increase the precision, such as the ambient temperature, the temperature of parts of the coordinate measuring machine, the position of the sensor and / or the Workpiece support in a fixed coordinate system, the relative position of the sensor or the workpiece support with respect to the workpiece to be measured or with respect to other parts of the measurement setup and / or by operating conditions (such as a currently selected gear stage of a multi-stage transmission, which at the force transmission of the electric motor is used on the sensor or on the workpiece support in the relevant, driven by the electric motor direction), be determined. The consideration of such parameters further increases safety. In this way, the current limit may be closer to the current value actually required for operation. If the current limit is exceeded or the current limit is reached or exceeded or the current limit band is left, the mechanism is stopped, at least in the direction driven by the electric motor. As far as the mechanism allows an adjustment of the sensor relative to the workpiece support in several directions, the mechanism is preferably stopped in all directions,
Das Anhalten der Mechanik in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung kann auf unterschiedliche Weise geschehen. Im einfachsten Fall wird der elektrische Antriebstrom des zum Antrieb in der betreffenden Richtung vorgesehenen Elektromotors abgeschaltet. Um die Bremswirkung zu erhöhen kann außerdem der Elektromotor kurzzeitig so angesteuert werden, dass die Antriebsrichtung umgedreht wird. Außerdem kann auch der Elektromotor kurzgeschlossen werden. Auch kann eine Bremse vorgesehen sein, die dann ausgelöst wird. Weiterhin kann eine Kupplung vorgesehen sein, über die der Messschlitten, der zum Verstellen des Sensors oder der Werkstückauflage in der betreffenden Richtung vorgesehen sind, vom Elektromotor ausgekoppelt wird, so dass keine Kräfte mehr vom Elektromotor auf den Messschlitten übertragen werden. Es kann auch die Begrenzung der Kraft und/oder des Drehmoments des Elektromotors auf einen vorgegebenen Wert erfolgen. Dieser Wert kann unveränderlich sein oder vom Betriebszustand, der Position der Koordinatenmesseinrichtung und/oder von weiteren Faktoren abhängen.The stopping of the mechanism in the direction driven by the electric motor can be done in different ways. In the simplest case, the electric drive current of the electric motor provided for driving in the relevant direction is switched off. In order to increase the braking effect also the electric motor can be briefly controlled so that the drive direction is reversed. In addition, the electric motor can also be short-circuited. Also, a brake may be provided, which is then triggered. Furthermore, a coupling can be provided, via which the measuring slide, which is provided for adjusting the sensor or the workpiece support in the relevant direction, is decoupled from the electric motor, so that no more forces are transmitted from the electric motor to the measuring slide. It can also be the limitation of the force and / or the torque of the electric motor to a predetermined value. This value may be fixed or depend on the operating state, the position of the coordinate measuring device and / or on other factors.
Das Anhalten der Mechanik in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung kann zusätzlich davon abhängig gemacht werden, dass der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert kontinuierlich über ein Zeitintervall vorgegebener Länge hinweg erreicht und/oder überschreitet oder dass der elektrische Antriebstrom das ermittelte Stromgrenzwertband kontinuierlich über ein Zeitintervall vorgegebener Länge hinweg verlässt. Alternativ oder zusätzlich kann der gemessene elektrische Antriebstrom einer Glättung von zeitlichen Schwankungen durch ein Filter unterworfen werden. In beiden Fällen kann hierdurch sichergestellt werden, dass eine sehr kurzzeitige (insbesondere durch einen Messfehler verursachte) Überschreitung oder das sehr kurzzeitige Erreichen des Stromgrenzwertes noch keine Auswirkungen auf den Betrieb des Koordinatenmessgeräts haben.The stopping of the mechanism in the direction driven by the electric motor can additionally be made dependent on the electric drive current continuously reaching and / or exceeding the determined current limit value over a time interval of predetermined length or the electric drive current continuously determining the determined current limit band over a time interval Leaving the length of time. Alternatively or additionally, the measured electric drive current may be subjected to a smoothing of temporal fluctuations by a filter. In both cases, this can ensure that a very short-term (especially caused by a measurement error) excess or the very short-term achievement of the current limit still have no effect on the operation of the CMM.
Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Elektromotoren des Koordinatenmessgeräts vorgesehen, die zusammengenommen die Bewegung des Sensors und/oder der Werkstückauflage bewirken. Dabei sind die Bewegungen der Elektromotoren eindeutig Bewegungskomponenten der Bewegung des Sensors oder der Werkstückauflage zugeordnet. Z. B. ist jeweils zumindest ein Elektromotor für eine Linearbewegung des Sensors oder der Werkstückauflage in der betreffenden Richtung der Linearbewegung vorgesehen, wobei jede der Linearbewegungen ausschließlich in einer von drei paarweise zueinander senkrecht stehenden Richtungen stattfinden kann. Im Ergebnis kann innerhalb eines erreichbaren Bewegungsbereichs somit jeder gewünschte Punkt auf direktem Weg angefahren werden. Allgemein wird im Fall der Mehrzahl von Elektromotoren, die gemeinsam die Bewegung des Sensors und/oder der Werkstückauflagebewirken, vorzugsweise für jeden der Mehrzahl von Elektromotoren separat ein Stromgrenzwert des elektrischen Antriebstroms ermittelt, wobei dieser Stromgrenzwert abhängig von der gemessenen Ist-Geschwindigkeit und/oder abhängig von einer der gemessenen Ist-Beschleunigung der Bewegungskomponente ist, die von dem jeweiligen Elektromotor bewirkt wird.Preferably, a plurality of electric motors of the coordinate measuring machine are provided, which together cause the movement of the sensor and / or the workpiece support. The movements of the electric motors are clearly associated with movement components of the movement of the sensor or the workpiece support. For example, in each case at least one electric motor is provided for a linear movement of the sensor or the workpiece support in the relevant direction of the linear movement, wherein each of the linear movements can take place exclusively in one of three mutually perpendicular directions. As a result, within a reachable range of motion, any desired point can thus be approached directly. In general, in the case of the plurality of electric motors, which together cause the movement of the sensor and / or the workpiece support, preferably for each of the plurality of electric motors, a current limit of the electric drive current is determined, this current limit depending on the measured actual speed and / or dependent is one of the measured actual acceleration of the movement component, which is effected by the respective electric motor.
Im Fall eines Koordinatenmessgeräts mit jeweils zumindest einem Elektromotor für die x-Achse, die y-Achse und die z-Achse in einem kartesischen Koordinatensystem werden also separat Stromgrenzwerte oder Stromgrenzwertbänder für die Motorströme abhängig von den gemessenen Ist-Geschwindigkeitswerten und/oder abhängig von den gemessenen Ist-Beschleunigungswerten in x-Richtung, in y-Richtung und in z-Richtung ermittelt.In the case of a coordinate measuring machine with in each case at least one electric motor for the x-axis, the y-axis and the z-axis in a Cartesian coordinate system, therefore, current limit values or current limit bands for the motor currents depend on the measured actual speed values and / or dependent on the measured actual acceleration values in x-direction, in y-direction and in z-direction.
Insbesondere kann für zumindest eine der Bewegungskomponenten eine Mehrzahl von Elektromotoren vorgesehen sein, um die Bewegung des Sensors relativ zur Werkstückauflage zu bewirken, wie es beispielsweise bei Koordinatenmessgeräten in Portalbauweise der Fall ist. In diesem Fall wird vorzugsweise für jeden der Elektromotoren derselben Bewegungskomponente der Stromgrenzwert oder das Stromgrenzwertband ermittelt (im Fall baugleicher Elektromotoren kann u. U. derselbe Stromgrenzwert oder dasselbe Stromgrenzwertband verwendet werden) und wird separat überwacht, ob der Stromgrenzwert oder einer der beiden Stromgrenzwerte des Stromgrenzwertbandes für den betrachteten Elektromotor erreicht und/oder überschritten wird. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird zumindest ein gemessener Wert des elektrischen Antriebstroms während des Betriebes des Koordinatenmessgeräts, insbesondere während einer Bewegung des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung, mit einem erwarteten Wert verglichen wird, um die Messung des elektrischen Antriebstroms auf Messfehler zu überprüfen. Der erwartete Wert kann z. B. unter Verwendung der gemessenen Ist-Geschwindigkeit und der gemessenen Ist-Beschleunigung ermittelt werden. Unter der Voraussetzung, dass der Sensor oder die Werkstückauflage sich in der betreffenden durch den Elektromotor angetriebenen Richtung ungehindert bewegt, kann auf diese Weise die Messung des elektrischen Antriebstroms auf fehlerfreie Funktionsweise überprüft werden. Bei Geräten mit mehr als einem Motor für eine Bewegungsrichtung (z. B. Doppelantrieb an einem Gantry-Gerät in Portal- oder Brückenbauweise) ist es vorteilhaft, nicht die einzelnen Motorströme sondern die Summe der Motorströme der beiden Motoren des Doppelantriebes zu begrenzen.In particular, a plurality of electric motors can be provided for at least one of the movement components in order to bring about the movement of the sensor relative to the workpiece support, as is the case, for example, in gantry-type coordinate measuring machines. In this case, the current limit or current limit band is preferably determined for each of the electric motors of the same component of motion (in the case of identical electric motors, the same current limit or band may be used) and is separately monitored, whether the current limit or one of the two current limit band current limits achieved and / or exceeded for the considered electric motor. In a preferred embodiment, at least one measured value of the electric drive current is compared with an expected value during operation of the coordinate measuring machine, in particular during movement of the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor, in order to check the measurement of the electric drive current for measurement errors. The expected value can be z. B. be determined using the measured actual speed and the measured actual acceleration. Provided that the sensor or the workpiece support moves freely in the relevant direction driven by the electric motor, in this way the measurement of the electric drive current can be checked for correct functioning. For devices with more than one motor for one direction of movement (eg double drive on a gantry device in gantry or bridge design), it is advantageous not to limit the individual motor currents but the sum of the motor currents of the two motors of the dual drive.
Die Ermittlung des Stromgrenzwertes (oder des Stromgrenzwertbandes), der von der gemessenen Ist-Geschwindigkeit und/oder von der gemessenen Ist-Beschleunigung des Sensors oder der Werkstückauflage in der betreffenden durch den Elektromotor angetriebenen Richtung abhängt, wird vorzugsweise von zumindest einer Recheneinrichtung durchgeführt. Alternativ oder zusätzlich kann die Recheneinrichtung auch die Maßnahmen einleiten und/oder steuern, die zum Anhalten der Mechanik in der vom Elektromotor angetriebenen Richtung erforderlich sind, wenn der Stromgrenzwert erreicht und/oder überschritten wird oder das Stromgrenzwertband verlassen wird. Diese Funktionalität der Recheneinrichtung kann durch Hardware und/oder Software realisiert werden.The determination of the current limit value (or of the current limit value band), which depends on the measured actual speed and / or on the measured actual acceleration of the sensor or the workpiece support in the relevant direction driven by the electric motor, is preferably carried out by at least one computing device. Alternatively or additionally, the computing device can also initiate and / or control the measures required to stop the mechanism in the direction driven by the electric motor when the current limit is reached and / or exceeded or the current limit band is left. This functionality of the computing device can be realized by hardware and / or software.
Zum Umfang der vorliegenden Erfindung gehört auch ein Koordinatenmessgerät mit einer Mechanik, einer Werkstückauflage zur Aufnahme eines zu vermessenden Werkstückes und einem Sensor, wobei der Sensor und die Werkstückaufnahme von der Mechanik in zumindest einer Richtung relativ zueinander verstellbar ist, wobei die Mechanik wenigstens einen Elektromotor aufweist, über den die Verstellung des Sensors oder der Werkstückauflage in dieser Richtung angetrieben wird. Das Koordinatenmessgerät weist Folgendes auf:
- (a) eine Strom-Messeinrichtung, die ausgestaltet ist, einen elektrischen Antriebstrom, der durch den Elektromotor fließt, um eine Bewegung des Elektromotors zu erzeugen und auf diese Weise eine Bewegung des Sensors oder der Werkstückauflage in der betreffenden durch den Elektromotor angetriebenen Richtung zu bewirken, zu messen,
- (b) eine Ist-Geschwindigkeitsmesseinrichtung, die dazu ausgestaltet ist, die Ist-Geschwindigkeit des Sensors oder der Messauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung zu messen und/oder eine Ist-Beschleunigungsmesseinrichtung, die dazu ausgestaltet ist, die Ist-Beschleunigung des Sensors oder der Messauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung zu messen
- (c) eine Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung, die ausgestaltet ist, abhängig von einer gemessenen Ist-Geschwindigkeit und/oder abhängig von einer gemessenen Ist-Beschleunigung, einen Stromgrenzwert oder ein Stromgrenzwertband (d. h. ein Bereich von Werten für den Antriebstrom, der durch einen unteren Stromgrenzwert und einen oberen Stromgrenzwert definiert ist) für den elektrischen Antriebstrom zu ermitteln, und
- (c) eine Betätigungseinrichtung, die mit der Strom-Messeinrichtung und mit der Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung verbunden ist und die ausgestaltet ist, die Bewegung der Mechanik zumindest in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung anzuhalten, wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert erreicht und/oder wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert überschreitet oder wenn der Antriebstrom das Stromgrenzwertband verlässt
- (A) a current measuring device which is configured, an electric drive current flowing through the electric motor to generate a movement of the electric motor and in this way to cause movement of the sensor or the workpiece support in the respective direction driven by the electric motor , to eat,
- (b) an actual speed measuring device configured to measure the actual speed of the sensor or the measuring pad in the direction driven by the electric motor, and / or an actual acceleration measuring device configured to perform the actual acceleration of the sensor or the measuring pad in the direction driven by the electric motor
- (c) a current limit detection means configured according to a measured actual velocity and / or a measured actual acceleration, a current limit or a current limit band (ie a range of values for the drive current determined by a lower current limit and an upper current limit is defined) for the electric drive current, and
- (C) an actuator, which is connected to the current-measuring device and with the Stromgrenzwert-detecting means and which is configured to stop the movement of the mechanism at least in the direction driven by the electric motor when the electric drive current reaches the determined current limit and / or when the drive electric current exceeds the detected current limit or when the drive current leaves the current limit band
Zum Beispiel weist die Betätigungseinrichtung eine Abschalteinrichtung auf, die mit der Strom-Messeinrichtung und mit der Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung verbunden ist und die ausgestaltet ist, den elektrischen Antriebstrom abzuschalten, wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert erreicht und/oder wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert überschreitet oder wenn der elektrische Antriebsstrom das Grenzwertband verlässt.For example, the actuating device has a switch-off device, which is connected to the current-measuring device and to the current limit value determining device and which is designed to switch off the electrical drive current when the electric drive current reaches the determined current limit value and / or if the electric drive current determined Current limit exceeds or when the electrical drive current leaves the limit band.
Das Koordinatenmessgerät ist natürlich eingerichtet, auch die Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 15 auszuführen. Insbesondere zur Ausführung eines Verfahrens gemäß wenigstens eines der Ansprüche 2 bis 11 ist dann die Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung entsprechend eingerichtet, so dass das Verfahren ausgeführt werden kann.The coordinate measuring machine is of course set up to carry out the method according to one of
Hinsichtlich der steuerungsnahen Komponenten, wie beispielsweise die Strom-Messeinrichtung, die Ist-Geschwindigkeitsmesseinrichtung, Ist-Beschleunigungsmesseinrichtung, die Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung, die Betätigungseinrichtung oder die Abschalteinrichtung des Koordinatenmessgerätes ist ausdrücklich hervorzuheben, dass diese natürlich vielfältig variieren können.With regard to the control-related components, such as the current-measuring device, the actual speed measuring device, actual acceleration measuring device, the current limit detection device, the actuator or the shutdown of the coordinate measuring machine is expressly emphasized that they can of course vary widely.
Beispielsweise können mehrere Komponenten aus Gründen der Effizienz als ein gemeinsamer Programmcode auf einem Mikrocontroller realisiert sein. Wie beispielsweise weiter unten im Zusammenhang mit
Alternativ können einzelne Komponenten aber auch als separate Programme auf einem gemeinsamen Multitasking-Mikrocontroller ausgeführt werden oder auf separaten Mikrocontrollern ausgeführt werden. Die Ableitung der gemessenen Ist-Position zur Ermittlung der Ist-Geschwindigkeit und/oder der Ist-Beschleunigung könnte also auch separat realisiert werden, so dass dann neben der in
Weiterhin können einzelne oder alle Komponenten auch analog ausgeführt sein. Außerdem können analoge und digitale Komponenten auf einem gemeinsamen Baustein untergebracht sein.Furthermore, individual or all components can also be designed analogously. In addition, analog and digital components can be accommodated on a common component.
Insbesondere kann das Koordinatenmessgerät einen Computer oder einen Mikrocontroller aufweisen, der die Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung enthält.In particular, the coordinate measuring machine can have a computer or a microcontroller which contains the current limit value determination device.
Ferner gehört zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm, das bei Ablauf auf einem Computer oder einem Mikrocontroller zumindest den Stromgrenzwert oder das Stromgrenzwertband ermittelt und optional auch die bei Erreichen und/oder Überschreiten des Stromgrenzwertes oder beim Verlassen des Stromgrenzwertbandes die jeweils zu ergreifenden Maßnahmen eingeleitet und/oder steuert. Insbesondere weist das Computerprogramm Programmcode-Mittel auf, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein können.Furthermore, the scope of the invention includes a computer program which, when running on a computer or a microcontroller, determines at least the current limit value or the current limit band and optionally also initiates the measures to be taken when the current limit value is reached and / or exceeded or when the current limit band is exceeded. or controls. In particular, the computer program has program code means which can be stored on a computer-readable medium.
Außerdem gehört zum Umfang der Erfindung ein Datenträger, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder eines Mikrocontrollers zumindest den Stromgrenzwert ermittelt und optional auch die bei Erreichen und/oder Überschreiten des Stromgrenzwertes oder beim Verlassen des Stromgrenzwertbandes die jeweils zu ergreifenden Maßnahmen einleitet und/oder steuert.In addition, the scope of the invention includes a data carrier on which a data structure is stored, which determines after loading into a working and / or main memory of a computer or a microcontroller at least the current limit and optionally also when reaching and / or exceeding the current limit or when leaving the Stromgrenzwertbandes initiates and / or controls each action to be taken.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die einzelnen Figuren zeigen:Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings. The individual figures show:
Das in
Die Mechanik
Außerdem umfasst die Mechanik
Das Koordinatenmessgerät umfasst außerdem noch eine Steuerung
Die Ansteuerung des Elektromotors M erfolgt hierbei wie folgt. Vom Messrechner
Durch Subtraktion des vom Tachogenerator TG zurückgemeldeten Signals vTG von der Stellgröße vsteuer wird ebenfalls eine Regelabweichung erzeugt. Der Geschwindigkeitsregler
Die digitale Leistungsstufe PS weist außerdem eine Strommesseinrichtung IM auf oder ist mit einer solchen Strommesseinrichtung kombiniert, mit der der durch die elektrischen Verbindungen C1, C2 und durch den Elektromotor M fließende Antriebsstrom Iist gemessen werden kann.The digital power stage PS also has a current measuring device IM or is combined with such a current measuring device with which the drive current I ist flowing through the electrical connections C1, C2 and through the electric motor M can be measured.
Während des Betriebes des Koordinatenmessgeräts stellt die digitale Leistungsstufe PS somit entsprechend der vom Lageregler
Außerdem ist in erfindungsgemäßer Weise eine Kollisionsüberwachungsschaltung realisiert, die im Falle einer Kollision des zweiten Messschlittens (also des Querschlittens
Wie hierzu bereits ausführlich in der Beschreibungseinleitung dargelegt, erfolgt dieser Vergleich im Sinne einer Nachbetrachtung. Die Ermittlung des oberen Stromgrenzwertes Imax und des unteren Stromgrenzwertes Imin des Stromgrenzwertbandes in der der Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung
Sofern der Vergleicher
Das Signal AUS wird aber auch an den Antrieb des ersten Messschlittens (Portal
Die konkrete Funktion der Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung
Im Schritt
In einem Schritt
Hierin bedeutet:
- R±
- = ein von der Geschwindigkeitsrichtung der Ist-Geschwindigkeit (vist) abhängiger Grundanteil (R±), wobei dieser richtungsabhängige Grundanteil (R±) einen ersten konstanten Wert (R+) annimmt, wenn die gemessene Ist-Geschwindigkeit (vist) positiv ist und einen zweiten konstanten Wert (R–) annimmt, wenn die gemessene Ist-Geschwindigkeit (vist) negativ ist.
- vist
- = gemessene Ist-Geschwindigkeit
- Kv
- = Proportionalitätsfaktor für den variablen Geschwindigkeitsanteil, wobei dieser den Anstieg des Antriebsstroms in Abhängigkeit von der Ist-Geschwindigkeit beschreibt
- aist
- = gemessene Ist-Beschleunigung
- Ka
- = Proportionalitätsfaktor für den variablen Beschleunigungsanteil, wobei dieser den Anstieg des Antriebsstroms in Abhängigkeit von der Ist-Beschleunigung beschreibt
- R ±
- = a fundamental component (R ± ) dependent on the velocity direction of the actual velocity (v ist ), this directionally dependent fundamental component (R ± ) assuming a first constant value (R + ) when the measured actual velocity (v ist ) is positive and assumes a second constant value (R - ) when the measured actual speed (v is ) is negative.
- v is
- = measured actual speed
- K v
- = Proportionality factor for the variable speed component, which describes the increase of the drive current as a function of the actual speed
- a is
- = measured actual acceleration
- K a
- = Proportionality factor for the variable acceleration component, which describes the increase of the drive current as a function of the actual acceleration
Die Kostanten R+, R–, Kv und Ka können hierbei relativ einfach bestimmt werden. Die Konstante R+ wird bestimmt, indem der Querschlitten
Der Proportionalitätsfaktor Kv für den variablen Geschwindigkeitsanteil wird bestimmt, nachdem R+ und R– ermittelt wurden. Dazu wird der Querschlitten
Durch Umstellen der Gleichung ergibt sich dann:
Da der Proportionalitätsfaktor Kv für den variablen Geschwindigkeitsanteil hier bestimmt wird, muss anstelle des zu erwartenden Antriebsstroms in dieser Gleichung natürlich der gemessene Antriebsstrom Iist eingesetzt werden, also
Der Proportionalitätsfaktor Ka für den variablen Beschleunigungsanteil wird dann bestimmt, nachdem R+ und R– und Kv ermittelt wurden. Dazu wird der Querschlitten
Durch Umstellen der Gleichung ergibt sich dann:
Da der Proportionalitätsfaktor Ka für den variablen Beschleunigungsanteil hier bestimmt wird, muss anstelle des zu erwartenden Antriebsstroms Ierw in dieser Gleichung natürlich wieder der gemessene Antriebsstrom Iist eingesetzt werden, also
Nachdem nunmehr die Kostanten R+, R–, Kv und Ka bestimmt wurden, kann nunmehr durch Messung der jeweiligen Ist-Geschwindigkeit vist und der jeweiligen Ist-Beschleunigung aist aus Gleichung 10 ein erwarteter Wert für den Antriebsstrom Ierw berechnet werden. Auf Basis des so berechneten erwarteten Antriebsstroms Ierw wiederum wird dann in Schritt
Zur Ermittlung des unteren Stromgrenzwertes Imin wird zu dem Soll-Antriebsstroms Ierw im einfachsten Fall ein konstanter Stromwert e abgezogen:
Die Stromwerte d und e sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel konstant und vom Betrag her gleich groß.The current values d and e are constant in the present embodiment and equal in magnitude.
Zum Zeitpunkt t0, also am linken Rand des Diagramms, beginnen die Soll-Geschwindigkeitswerte vsoll (siehe Strichpunktierte Linie) linear von einem ersten Geschwindigkeitswert aus anzusteigen. Der lineare Anstieg dauert an bis der Zeitpunkt t1 erreicht ist. Entsprechend dem linearen Anstieg der Soll-Geschwindigkeit vsoll ist die Soll-Beschleunigung asoll in x-Richtung damit konstant. Um diese Soll-Beschleunigung auch tatsächlich zu erzielen muss der zugehörige Elektromotor M mit einem etwas höheren Strom versorgt werden. Dementsprechend verläuft der tatsächliche Antriebsstrom im Motor M (dies entspricht dem gemessenen Strom Iist, siehe die strichlinierte Linie mit dem Bezugszeichen Iist), auf einem höheren Niveau. Mit dem Bezugszeichen Ierw (siehe durchgezogene Linie mit dem Bezugszeichen Ierw) hingegen ist der erwartete Antriebsstrom bezeichnet, der von der Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung
Der obere Stromgrenzwert Imax im Zeitintervall [t0; t1] ist hierbei einigermaßen konstant auf einem etwas höheren Wert. Der untere Stromgrenzwert Imin hingegen liegt sogar im negativen Bereich. Wenn dieser obere Stromgrenzwert Imax des Stromgrenzwertbandes vom tatsächlich gemessenen Antriebsstrom Iist überschritten wird oder wenn dieser Stromgrenzwert Imax erreicht wird, werden entsprechende Maßnahmen ergriffen. Diese Maßnahmen werden auch eingeleitet, wenn der untere Stromgrenzwert Imin des Stromgrenzwertbandes vom tatsächlichen Strom Iist überschritten wird oder wenn dieser Stromgrenzwert Imin erreicht wird.The upper current limit I max in the time interval [t 0 ; t 1 ] is reasonably constant at a slightly higher value. By contrast, the lower current limit I min is even in the negative range. If this upper current limit I max of the current limit band is exceeded by the actually measured drive current I ist or if this current limit value I max is reached, appropriate measures are taken. These measures are also initiated if the lower current limit I min of the current limit band of the actual current I ist is exceeded or if this current limit I min is reached.
Am Ende der ersten Beschleunigungsphase, zum Zeitpunkt t1, hat die tatsächliche Geschwindigkeit v einen Wert erreicht, der etwa der Soll-Geschwindigkeit vsoll entspricht. Im weiteren Verlauf der Bewegung (bzw. der Bewegungskomponente in x-Richtung) bleibt die Soll-Geschwindigkeit vsoll dann bis zum Ende des Diagramms konstant. Dementsprechend fällt der Antriebsstrom Iist dann auf einen etwas niedrigeren Wert ab und bleibt dann etwa konstant. Obwohl ab dem Zeitpunkt t1 keine Beschleunigung mehr stattfindet, ist dennoch ein relativ hoher Antriebsstrom erforderlich. Dieser muss im Wesentlichen deswegen aufgebracht werden, weil die Bewegung des Elektromotors M und der von dem Motor angetriebenen beweglichen Teile, also insbesondere des zweiten Messschlittens (Querschlitten
An dieser Stelle sein nochmals ausdrücklich erwähnt, dass es sich bei dem geschilderten Vorgehen rein um ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel handelt, das vielfältig variieren kann, wie dies ausführlich in der Beschreibungseinleitung dargelegt wurde. Beispielsweise kann anstelle des in
Im Folgenden wird im Zusammenhang mit
Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, soll gemäß der Vorgabe der Soll-Geschwindigkeitswerte vsoll der zweite Messschlitten (Querschlitten
- a) Zum einen wird die Ist-Geschwindigkeit des zweiten Messschlittens (Querschlitten
7 ) stark verringert. Die Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung 15 ermittelt deshalb aus den Positionsmesswerten xist eine negative Ist-Beschleunigung aist (also eine Bremsbeschleunigung) und eine verringerte Ist-Geschwindigkeit vist. Hierdurch wird folglich ein verringerter Wert für den erwarteten Antriebsstrom Ierw ermittelt, was gleichzeitig zu einer Absenkung des oberen Stromgrenzwertes Imax und des unteren Stromgrenzwertes Imin des Stromgrenzwertbandes führt. - b) Zum Anderen versucht der Geschwindigkeitsregler
18 der digitalen Leistungsstufe PS der vom Lageregler14 übermittelten Stellgröße vsteuer zu folgen und erhöht zusätzlich die Stellgröße Ia für den Antriebstrom im Elektromotor M, so dass der gemessene Antriebstrom Iist zusätzlich noch ansteigt.
- a) First, the actual speed of the second measuring slide (cross slide
7 ) greatly reduced. The current limit detection means15 therefore determined from the measured position values x is a negative actual acceleration a (that is, a deceleration) and a reduced actual speed v. As a result, a reduced value for the expected drive current I erw is consequently determined, which simultaneously leads to a lowering of the upper current limit value I max and the lower current limit value I min of the current limit value band. - b) On the other hand, the speed controller tries
18 the digital power level PS of the position controller14 V control to follow control value transmitted and additionally increases the manipulated variable I a for the driving current in the electric motor M, so that the measured driving current I is additionally increased.
Damit überschreitet der tatsächlich fließende Strom Iist zum Zeitpunkt ts1 den oberen Stromgrenzwert Imax. Ab diesem Zeitpunkt ts1 geht der Vergleicher
Im Zusammenhang mit
Der Antriebsstromsensor IM in der digitalen Leistungsstufe PS ist beispielsweise so aufgebaut, wie im Zusammenhang mit
Wie oben bereits erwähnt, ist das Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einem Gleichstrommotor M (siehe
Außerdem wird das Signal AUS auch, wie oben für
Im
Demgegenüber wird in
Hinsichtlich des Verlaufes des gemessenen Antriebsstroms Iist in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 10024976 A1 [0006] DE 10024976 A1 [0006]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative |