DE102013219378B4 - Messanordnung zum Messen einer relativen Position und/oder einer relativen Bewegung zweier relativ zueinander beweglicher Teile und Verfahren zum Betreiben der Messanordnung - Google Patents

Abstract

Messanordnung zum Messen einer relativen Position und/oder einer relativen Bewegung eines ersten Teils (51; 100; 150; 301) und eines relativ zu dem ersten Teil beweglichen zweiten Teils (53; 304), wobei die Messanordnung aufweist:• eine Maßverkörperung (75; 109; 159; 206), die an dem ersten Teil (51; 100; 150; 301) ausgebildet ist oder die mit dem ersten Teil (51; 100; 150; 301) verbindbar ist,• zumindest einen Messsensor (34; 74; 104; 154; 184; 314), der an dem zweiten Teil (53; 304) derart angeordnet oder anordenbar ist, dass während eines Betriebes der Messanordnung Messsignale des Messsensors (34; 74; 104; 154; 184; 314) Informationen über eine Position und/oder eine Bewegung des Messsensors (34; 74; 104; 154; 184; 314) relativ zu der Maßverkörperung (75; 109; 159; 206) enthalten und damit eine Bestimmung der relativen Position und/oder der relativen Bewegung des ersten Teils (51; 100; 150; 301) und des zweiten Teils (53; 304) ermöglichen,• eine Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312), die zum Halten des Messsensors (34; 74; 104; 154; 184; 314) mit dem Messsensor (34; 74; 104; 154; 184; 314) verbunden ist oder Teil des Messsensors ist, und• eine Basis (31; 71; 101; 151) zum Fixieren der Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) mit dem von der Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) gehaltenen Messsensor (34; 74; 104; 154; 184; 314),wobei die Basis (31; 71; 101; 151) während des Betriebes der Messanordnung an dem zweiten Teil befestigt ist,wobei• die Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) durch Magnetkräfte in einer Anpressrichtung an die Basis (31; 71; 101; 151) angepresst wird,• die Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) wahlweise in verschiedenen Haltepositionen an der Basis (31; 71; 101; 151) positionierbar ist, sodass die Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) in der jeweiligen Halteposition an der Basis (31; 71; 101; 151) fixiert wird und sodass die Halteposition und somit eine Position, die der Messsensor (34; 74; 104; 154; 184; 314) während des Betriebes der Messanordnung relativ zu dem zweiten Teil einnimmt, einstellbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zum Messen einer relativen Position und/oder einer relativen Bewegung eines ersten Teils und eines relativ zu dem ersten Teil beweglichen zweiten Teils. Die Messanordnung weist eine Maßverkörperung auf, die an dem ersten Teil ausgebildet ist oder die mit dem ersten Teil verbindbar ist. Zumindest ein Messsensor, der an dem zweiten Teil derart angeordnet oder anordenbar ist, dass während eines Betriebes der Messanordnung Messsignale des Messsensors Informationen über eine Position und/oder eine Bewegung des Messsensors relativ zu der Maßverkörperung enthalten und damit eine Bestimmung der relativen Position und/oder der relativen Bewegung des ersten Teils und des zweiten Teils ermöglichen, und eine Halterung, die zum Halten des Messsensors mit dem Messsensor verbunden ist oder Teil des Messsensors ist, sind ebenfalls Bestandteile der Messanordnung. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben der Messanordnung, ein Koordinatenmessgerät, das die Messanordnung aufweist, wobei das Koordinatenmessgerät das erste Teil und das relativ zu dem ersten Teil bewegliche zweite Teil aufweist, und eine Drehvorrichtung zum Drehen eines Werkstücks oder einer Koordinaten-Messeinrichtung in einer Anordnung zum Messen von Koordinaten des Werkstücks, wobei die Drehvorrichtung die Messanordnung, das erste Teil und das zweite Teil aufweist, wobei das zweite Teil relativ zu dem ersten Teil um eine Drehachse der Drehvorrichtung drehbeweglich ist und wobei das Werkstück oder die Koordinaten-Messeinrichtung an dem ersten Teil oder dem zweiten Teil anordenbar ist.
• Es ist bekannt, Werkstücke zum Zweck der Messung ihrer Koordinaten oder zum Zweck der Bearbeitung des Werkstücks drehbar zu lagern. Z.B. werden auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik Werkstücke auf drehbaren Tischen (so genannte Drehtische) angeordnet. Auf diese Weise kann das Werkstück in verschiedene Arbeitsausrichtungen gebracht werden, in denen das Koordinatenmessgerät arbeitet, d.h. Koordinaten des Werkstücks misst. Insbesondere können die Koordinaten des Werkstücks kontinuierlich (z. B. scannend) gemessen werden, während die Drehvorrichtung das Werkstück um ihre Drehachse dreht. Entsprechendes gilt für die Bearbeitung eines Werkstücks durch eine Werkzeugmaschine. Das Werkstück kann in verschiedene Arbeitsausrichtungen gebracht werden, um das Werkzeug zu bearbeiten. Insbesondere kann das Werkstück kontinuierlich gedreht werden, während es bearbeitet wird. Um die Drehposition des Werkstücks bezüglich der Drehachse zu bestimmen, wird eine Drehpositions-Messvorrichtung verwendet.
• An Koordinatenmessgeräten werden ferner Drehgelenke mit zumindest einer Drehachse verwendet, wobei ein Sensor oder Taster des Koordinatenmessgeräts über das Drehgelenk mit anderen Teilen des Koordinatenmessgeräts verbunden ist, sodass das Drehgelenk den Sensor oder Taster in eine gewünschte Drehposition bringen kann. Insbesondere kann das Drehgelenk auch zwei Drehachsen aufweisen, die zum Beispiel senkrecht zueinander verlaufen. Üblicher Weise ist für jede der Drehachsen eine Drehpositions-Messvorrichtung vorhanden.
• Koordinatenmessgeräte oder Werkzeugmaschinen weisen häufig in geradliniger Richtung bewegliche Teile auf, deren Position bezüglich einer in dieser Richtung verlaufenden Linearachse zu bestimmen ist. Z.B. weisen Koordinatenmessgeräte in Portalbauweise ein entlang einer ersten Linearachse bewegliches Portal, einen entlang einer zweiten Linearachse relativ zu dem Portal beweglichen Schlitten und eine entlang einer dritten Linearachse relativ zu dem Schlitten bewegliche Pinole auf, an der ein Messkopf angeordnet ist. Der genannte Messkopf z. B. kann über zumindest ein Drehgelenk mit der Pinole verbunden sein. Ferner kommen bei alternativen Bauweisen von Koordinatenmessgeräten oder Werkzeugmaschinen Drehgelenke vor, die mit anderen Drehgelenken kombiniert sind, z.B. bei sogenannten Gelenkarm-Koordinatenmessgeräten.
• In allen genannten Fällen ist die Relativposition eines ersten Teils zu einem zweiten Teil zu messen. Alternativ kann die relative Bewegung der Teile gemessen werden. Aus der gemessenen relativen Bewegung, z.B. aus dem in der Bewegungsrichtung der Teile zurückgelegten Weg, lässt sich wieder die Relativposition bestimmen. Z.B. bei sogenannten Inkrementalmaßstäben sind entlang der Bewegungsrichtung vorzugsweise in regelmäßigen, konstanten Abständen Markierungen angeordnet. Eine so gebildete Maßverkörperung befindet sich an dem ersten der relativ zueinander beweglichen Teile. An dem zweiten Teil befindet sich ein Messsensor, der während der Relativbewegung die sich relativ zu ihm vorbeibewegenden Markierungen erfasst und entsprechende Messsignale erzeugt. Derartige Messsysteme können für die Messung von geradlinigen Bewegungen (z.B. entlang der genannten Linearachsen) oder für die Messung von Drehbewegungen ausgestaltet sein.
• Außer Inkrementalmaßstäben gibt es zahlreiche andere Arten von Messsystemen. Z.B. kann die Maßverkörperung an dem ersten der beiden relativ zueinander beweglichen Teile statt Markierungen Information über Positionen entlang der Bewegungsrichtung beinhalten, die von dem zugeordneten Messsensor an dem zweiten Teil erfassbar sind. Auch unabhängig von der Ausgestaltung der Maßverkörperung als Träger von Information über Positionen, Weglängen und/oder anderer Größen, aus denen die relative Position und/oder relative Bewegung der beiden Teile bestimmbar ist, gibt es auch unterschiedliche Messprinzipien, gemäß denen der Messsensor oder eine Mehrzahl von Messsensoren die Information der Maßverkörperung abhängig von der Bewegung der beiden Teile relativ zueinander erfasst, nämlich z. B. optische, mechanische, kapazitive, magnetische und induktive. Diese Messprinzipien können auch miteinander kombiniert werden.
• Insbesondere für den Betrieb von Koordinatenmessgeräten sind hochpräzise Messungen der Relativbewegung der Teile erforderlich. Neben systematischen Fehlern der Messanordnung, die üblicherweise durch Kalibrierung der Messanordnung korrigiert werden, trägt auch die Bewegungsvorrichtung, die die Relativbeweglichkeit der beiden Teile ermöglicht, zum Fehler der Messanordnung bei. Unter dem Fehler der Bewegungsvorrichtung wird die Abweichung von einer gewünschten Idealbewegung (im Fall einer Linearachse eine exakt geradlinige Bewegung und im Fall einer Drehbewegung um eine Drehachse eine exakt kreisrunde Bewegung um die nicht im Raum schwankende Drehachse) verstanden.
• Z. B. kann eine Drehvorrichtung so konstruiert werden, dass ihre Fehler bestimmte Vorgaben erfüllen. Insbesondere können Luftlagerungen zur Lagerung der drehbeweglichen Teile der Drehvorrichtung eingesetzt werden und bei motorisch angetriebenen Drehvorrichtungen Direktantriebe eingesetzt werden. Je kleiner der Fehler der Drehvorrichtung sein soll, desto höher ist der konstruktive Aufwand.
• Alternativ oder zusätzlich können Fehler der Drehvorrichtung mit einem Koordinatenmessgerät gemessen werden, wobei ein Kalibrierkörper oder eine Anordnung von Kalibrierkörpern an dem drehbaren Teil der Drehvorrichtung angeordnet wird (z.B. auf den Drehtisch gestellt wird) und vermessen wird. Die Vermessung der Fehler der Drehvorrichtung bezüglich aller sechs möglichen Freiheitsgrade der Bewegung mittels eines Koordinatenmessgeräts, das auch Werkstücke vermessen kann, ist jedoch zeitaufwendig. Bei hoher geforderter Genauigkeit muss die Kalibrierung wiederholt werden, beispielsweise wenn die Drehvorrichtung Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Entsprechendes gilt für eine Drehvorrichtung, die ausgestaltet ist, Werkstücke im Bearbeitungsbereich einer Werkzeugmaschine drehbar zu halten. Der Aufwand für eine Kalibrierung ist in diesem Fall im Vergleich zur Koordinatenmesstechnik meist noch größer, da auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik meist das Koordinatenmessgerät für die Kalibrierung eingesetzt werden kann, das auch später die Vermessung von Werkstücken durchführt.
• Im Fall von Linearachsen gilt entsprechendes für die möglichst fehlerfreie Konstruktion und/oder Messung und Korrektur vorhandener Fehler.
• WO 2013/007285 A1 beschreibt eine Anordnung zur Messung von Koordinaten eines Werkstücks und/oder zum Bearbeiten des Werkstücks, wobei die Anordnung einen ersten Teil und einen relativ zu dem ersten Teil beweglichen zweiten Teil aufweist. Der erste Teil und der zweite Teil können Teile einer Drehvorrichtung sein, die eine Drehbeweglichkeit um zumindest eine Drehachse aufweist. An dem ersten oder zweiten Teil ist ein Messkörper angeordnet und an dem anderen Teil ist zumindest ein Sensor angeordnet, wobei der Sensor ausgestaltet ist, ein Messsignal entsprechend einer Position des Messkörpers und damit der relativen Position des ersten und zweiten Teils zu erzeugen.
• WO 2013/007286 A1 offenbart ein Verfahren zum Kalibrieren einer Messanordnung zum Bestimmen von Drehpositionen einer Drehvorrichtung, die einen ersten Teil und einen relativ zu dem ersten Teil um eine Drehachse drehbaren zweiten Teil aufweist. Drehpositionen des ersten Teils relativ zu dem zweiten Teil und/oder Drehpositionen des zweiten Teils relativ zu dem ersten Teil werden mit einer Mehrzahl von Sensoren erfasst, die um die Drehachse herum verteilt angeordnet sind. Es wird jeweils ein der erfassten Drehposition entsprechendes Messsignal erzeugt.
• WO 2011/064317 A2 beschreibt ein Kalibrierverfahren und Winkelmessverfahren für eine Winkelmesseinrichtung. Ein Codeträger trägt einen absoluten Positionscode. Zumindest zwei Leseköpfe weisen eine fixe, bekannte Winkellage mit einem Winkelabstand relativ zueinander auf. Der Codeträger ist gegenüber den Leseköpfen drehbar und es sind somit unterschiedliche Winkelstellungen des Codeträgers gegenüber den Leseköpfen einnehmbar.
• EP 1 923 670 A1 beschreibt eine Positionsmesseinrichtung zur Erfassung der relativen Lage zweier gegeneinander bewegbarer Körper mit einer mit einem der Körper verbundenen Maßverkörperung, die eine Teilung aufweist, und einen mit dem anderen Körper verbundenen Abtastkopf zum Ablesen der Teilung. Insbesondere handelt es sich um eine Positionsmesseinrichtung zur Messung der Winkelposition einer Drehvorrichtung. Für die Kalibrierung wird mindestens ein weiterer Abtastkopf zur Positionsmessung hinzugefügt, der nach der Kalibrierung wieder entfernt wird. Der vorübergehend montierte Abtastkopf tastet dieselbe Maßverkörperung wie der ständig eingebaute Messkopf ab.
• EP 0 325 924 A1 beschreibt ein Rundheitsnormal. Es besteht aus einer Teilscheibe mit einer Winkelteilung und ist konzentrisch am Rotor eines Drehtisches befestigt. Die Winkelteilung der Teilscheibe wird von vier Abtasteinheiten zur Erzeugung von Messwerten abgetastet. Die Abtasteinheiten liegen sich paarweise diametral gegenüber.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messanordnung zum Messen einer relativen Position und/oder einer relativen Bewegung eines ersten Teils und eines relativ zu dem ersten Teil beweglichen zweiten Teils anzugeben, die es erlaubt die Auswirkungen von Bewegungsfehlern der Bewegungsvorrichtung, gemäß der die beiden Teile relativ zueinander beweglich sind, zu verringern. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer solchen Messanordnung, ein Koordinatenmessgerät mit einer solchen Messanordnung und eine Drehvorrichtung zum Drehen eines Werkstücks oder einer Koordinaten-Messeinrichtung eines Koordinatenmessgerätes mit einer solchen Messanordnung anzugeben.
• Gemäß einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung weisen Bewegungsvorrichtungen zum Bewegen der beiden Teile relativ zueinander verschiedenartige reproduzierbare Bewegungsfehler auf, die die Abweichungen von der idealen Bewegung bewirken. Z.B. können bei einer Drehvorrichtung Taumelfehler der Drehachse und Querverschiebungen der Drehachse auftreten. Im Ergebnis weist die Drehbewegung unerwünschte translatorische und rotatorische Bewegungsanteile auf, die zu den Abweichungen von der idealen Drehbewegung führen. Über den Verlauf einer vollständigen Umdrehung bezüglich der Drehachse betrachtet kompensieren und verstärken sich die verschiedenen Bewegungsfehler und wirken sich in ihrer Gesamtheit daher abhängig vom Messort des Messsensors der Drehvorrichtung unterschiedlich auf die Messgenauigkeit der Drehpositionsmessung oder Messung der Drehbewegung aus. Daher gibt es Positionen für den Messsensor oder die Messsensoren, an denen sich die verschiedenen Bewegungsfehler über den gesamten möglichen Bewegungsbereich (zum Beispiel eine vollständige Umdrehung um die Drehachse oder ein Teil einer vollständigen Umdrehung) besser kompensieren als in dem Fall, in dem der Messsensor oder die Messsensor anders positioniert ist/sind.
• Für Linearachsen mit idealer Weise geradlinigen Bewegungen gilt Entsprechendes. Über den gesamten möglichen Bewegungsbereich treten in der Regel rotatorische und translatorische Zusatzbewegungen auf, die sich je nach Position des Messsensors oder der Messsensoren unterschiedlich stark auf den Messfehler auswirken. Z.B. kompensieren sich in einem bestimmten Abstand seitlich der Linearachse deren rotatorische und translatorische Fehler. Vorzugsweise wird daher der Messsensor in diesem Abstand zu der Linearachse angeordnet.
• Hinzu kommt, dass bestimmte Richtungen der Abweichung von der idealen Bewegung aufgrund der Bewegungsfehler für die Messung schädlicher sind als andere. Wenn die reale Drehbewegung der Drehvorrichtung im Vergleich zu der idealen Drehbewegung zu einer zusätzlichen Bewegung in einer Richtung tangential zur Drehrichtung (d.h. tangential zur Umlaufrichtung um die Drehachse) der Drehvorrichtung führt, verfälscht dies die Messung der Drehposition oder Drehbewegung. Dagegen verfälscht eine zusätzliche Bewegung in einer Richtung radial zur Drehvorrichtung die Messung der Drehposition oder Drehbewegung nicht oder nicht erheblich. Die für den Messsensor relevante Komponente des Bewegungsfehlers verläuft daher in der Richtung tangential zur Drehrichtung und wird im Folgenden als tangentialer Bewegungsfehler bezeichnet und ist auf den jeweils betrachteten Messort bezogen. Im Fall von Linearachsen gilt ebenfalls, dass zusätzliche Bewegungen aufgrund von Bewegungsfehlern quer zur gewünschten Bewegungsrichtung unschädlich oder weniger schädlich sind als zusätzliche Bewegungen in der gewünschten Bewegungsrichtung.
• Die Erfindung geht nun davon aus, dass nicht lediglich durch Kalibration systematische Fehler der Messanordnung und der Bewegungsvorrichtung korrigiert werden, sondern der Messsensor oder die Messsensoren an einer besonders günstigen Position positioniert wird/werden, in der der Messsensor oder in denen die Messsensoren dann während der Bewegung verbleibt/verbleiben. Insbesondere ist die günstige Position bei einer Drehvorrichtung eine günstige Winkelposition bezüglich der Drehachse und bei einer Linearachse ein günstiger Abstand zu der Linearachse oder eine günstige Linearposition entlang der Linearachse.
• Dabei ist zu beachten, dass die günstige Position des Messsensors nicht zwangsläufig die Position sein muss, an der über den gesamten Bewegungsbereich der geringste mittlere Messfehler aufgrund der Bewegungsfehler oder der geringste maximale Messfehler aufgrund der Bewegungsfehler auftritt.
• Insbesondere unterscheiden sich an verschiedenen möglichen Messorten die Amplituden des Bewegungsfehlers über den Verlauf der Bewegung. Der Begriff Amplitude bezeichnet wie üblich die maximale Abweichung von der idealen Bewegung. Es kann aber nicht nur diese Amplitude betrachtet werden und ein Messort ermittelt werden, an dem diese Amplitude klein oder sogar minimal ist. Vielmehr kann der Verlauf des (z. B. tangentialen) Bewegungsfehlers während der Drehbewegung auch in anderer Weise betrachtet werden und ein Messort mit besonders günstigem Verlauf ermittelt werden, wobei „günstig“ durch zumindest ein vorgegebenes Kriterium definiert sein kann. Z.B. gibt es Messaufgaben in der Koordinatenmesstechnik oder Bearbeitungsaufgaben bei der Bearbeitung von Werkstücken durch Werkzeugmaschinen, bei denen auf Präzision bezüglich einer bestimmten Ordnung der Abweichungen zwischen einem ideal kreisrunden Verlauf des Außenumfangs oder Innenumfangs des Werkstücks zu achten ist. Ein Verlauf mit drei Maxima und drei Minima der Abweichung über einen vollständigen Umlauf um die Drehachse oder über einen vorgegebenen Bereich von Drehpositionen (d.h. insbesondere einen Teil eines Umlaufs, der z. B. ein ganzzahliger Bruchteil eines vollständigen Umlauf ist) hat beispielsweise die Ordnung drei. Den drei Maxima und drei Minima entsprechen drei Wellen. In der Beschreibung des tangentialen Bewegungsfehlers als Ortsfunktion (Abweichung von der idealen Drehbewegung als Funktion der Drehposition) können selbstverständlich Überlagerungen mehrerer Ordnungen vorliegen. Die Ortsfunktion ist der Zeitfunktion (Abweichung als Funktion des Zeitpunktes der Drehbewegung) äquivalent, wenn die Geschwindigkeit als Funktion der Zeit oder des Ortes bekannt ist, z. B. bei konstanter Geschwindigkeit. Die Erfindung ist auch nicht auf die Betrachtung der Ordnung drei beschränkt. Vielmehr können beliebige Ordnungen des tangentialen Bewegungsfehlers betrachtet werden. Im Fall von Linearachsen gilt ebenfalls, dass über den möglichen Bewegungsbereich Wellen der Abweichung mit Maxima und Minima auftreten können und eine entsprechend Ordnung des Fehlers angegeben werden kann.
• Das vorgegebene Kriterium kann auch als vorgegebene Bedingung bezeichnet werden, die zu erfüllen ist. Zum Beispiel kann ein Verlauf des tangentialen Bewegungsfehlers über den bei der Drehbewegung durchlaufenen Bereich von Drehpositionen (insbesondere über einen vorgegebenen Bereich von Drehpositionen) mit 9 Wellen (d.h. 9 Maxima und Minima der Abweichung) oder einer anderen vorgegebenen Anzahl von Wellen günstig sein. Dem liegt der Gedanke zu Grunde, dass abhängig von der betrachteten Winkelposition der Drehpositionsmessung eine unterschiedliche Anzahl von Wellen auftreten kann und/oder die Amplitude des Bewegungsfehlers bei der Ordnung (zum Beispiel bei 9 Wellen) unterschiedlich groß sein kann. Insbesondere wird zur Erfüllung des vorgegebenen Kriteriums daher zum Beispiel der Drehpositionsmessort ermittelt, an dem die Amplitude des Bewegungsfehlers in Bezug auf eine vorgegebene Ordnung maximal ist. Im Fall von Linearachsen kann entsprechend verfahren werden.
• Um auf das Beispiel der Ordnung drei zurückzukommen, ist es in diesem Fall erwünscht, dass der Messfehler des Messsensors aufgrund eines Bewegungsfehlers der Bewegungsvorrichtung mit der Ordnung drei besonders gering ist, damit die dreiwellige Form des Werkstücks möglichst präzise gemessen werden kann. Auch in diesem Fall ist die Ordnung drei lediglich ein Ausführungsbeispiel. Für andere Ordnungen größer als eins kann entsprechend verfahren werden, z.B. indem ein Messort ermittelt wird, für den der sich auf die Messung auswirkende Bewegungsfehler der Bewegungsvorrichtung bezüglich der Ordnung klein ist, minimal ist oder eine vorgegebene Bedingung und damit ein Kriterium erfüllt (z.B. kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist).
• Entsprechend kann auch für zumindest einen Bereich von Ordnungen (zum Beispiel drei bis fünf Wellen) vorgegangen werden, der mehr als eine Ordnung enthält. Statt von der Anzahl der Wellen einer Abweichung über den Bewegungsbereich (z. B. einen Umlauf um die Drehachse der Drehvorrichtung bzw. um die Rotationssymmetrieachse des Werkstücks oder über einen vorgegebenen Bereich von Positionen entlang der Linearachse oder von Drehpositionen) kann auch von der Frequenz gesprochen werden.
• Als Maß für den sich auf die Messung auswirkenden Bewegungsfehler über einen Bereich von Positionen (insbesondere einen Bereich mit allen Winkelpositionen um die Drehachse oder einen Teilbereich des möglichen Bewegungsbereichs) kann insbesondere die Amplitude des sich auf die Messung auswirkenden Bewegungsfehlers in dem Bereich (das heißt die Amplitude der Ortsfunktion oder der Zeitfunktion, s.o.) oder die Amplitude nach einer Transformation (insbesondere eine Fouriertransformation) des sich auf die Messung auswirkenden Bewegungsfehlers in den Frequenzraum (d.h. die Amplitude im Frequenzraum) verwendet werden.
• Basierend auf den vorhergehend beschriebenen Erkenntnissen können zum Zweck der Reduzierung der Auswirkungen (z. B. auf die Koordinatenmessung) von Fehlern einer Bewegungsvorrichtung, die eine Messanordnung zum Messen einer relativen Position und/oder einer relativen Bewegung eines ersten Teils und eines relativ zu dem ersten Teil beweglichen zweiten Teils aufweist, Bewegungsfehler der Bewegungsvorrichtung, d.h. Fehler der Bewegungsvorrichtung aufgrund von Abweichungen zwischen der realen Bewegung einerseits und einer idealen Bewegung der Bewegungsvorrichtung andererseits, gemessen werden und eine günstige Position zumindest eines Messsensors ermittelt werden. Insbesondere wird ein Messort des Messsensors ermittelt, an dem sich der Bewegungsfehler geringer auswirkt, insbesondere kleiner ist als für andere mögliche Messorte, und/oder eine vorgegebene Bedingung erfüllt. Dabei kann insbesondere, wie z.B. bereits oben erwähnt wurde, eine vorgegebene Messaufgabe oder Bearbeitungsaufgabe zugrunde gelegt werden, für die der Messort günstig sein soll.
• Details einer solchen Bestimmung von Bewegungsfehlern sind in der internationalen Patentanmeldung WO 2013/149862 A1 und der deutschen Patentanmeldung DE 10 2013 216 093 A1 beschrieben. In der deutschen Patentanmeldung DE 10 2013 216 093 A1 ist auch beschrieben, wie aus den Bewegungsfehlern eine günstige Position eines Messsensors, nämlich eines Drehpositionssensors, ermittelt werden kann. Insbesondere können als erste Schritte des hier beschriebenen Verfahrens zum Betreiben einer Messanordnung wie in den genannten Patentanmeldungen beschrieben der Bewegungsfehler bestimmt werden und die günstigen Position des Messsensors ermittelt werden. Ferner kann die hier beschriebene Messanordnung Bestandteil der in den genannten Patentanmeldungen beschriebenen Anordnungen oder Koordinatenmessgeräte sein.
• Um einen Messort einstellen zu können, wird eine Messanordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die eine Basis zum Fixieren der Halterung mit dem von der Halterung gehaltenen Messsensor aufweist. Die Basis ist während des Betriebes der Messanordnung an dem zweiten Teil befestigt oder Bestandteil des zweiten Teils. Daher kann der Messsensor, der nun an der Basis fixiert ist, in Wechselwirkung mit der Maßverkörperung an dem ersten Teil die relative Position und/oder relative Bewegung der beiden Teile messen.
• Die Basis erstreckt sich insbesondere entlang einer Bewegungsrichtung der von der Bewegungsvorrichtung vorgesehenen Bewegung der Teile. Erfindungsgemäß ist die Halterung wahlweise in verschiedenen Haltepositionen entlang der Bewegungsrichtung an der Basis positionierbar. Nach Wahl der Halteposition wird die Halterung in der Halteposition an der Basis fixiert. Dies schließt nicht aus, dass die Halterung und/oder der Messsensor auch entlang einer anderen Richtung versetzt wird, zum Beispiel in axialer Richtung der Drehachse.
• Im Fall einer geradlinigen Bewegung entlang einer Linearachse kann sich die Basis quer zur Bewegungsrichtung erstrecken. Dementsprechend kann die Halterung in der Richtung quer zur Bewegungsrichtung in verschiedenen Haltepositionen entlang der Basis positioniert werden und insbesondere durch Magnetkräfte an der Basis gehalten werden. Vorzugsweise wird dann eine Halteposition eingestellt, in der sich rotatorische und translatorische Bewegungsfehler kompensieren. Dabei kann die Position der Maßverkörperung ebenfalls in der Richtung quer zur Bewegungsrichtung eingestellt werden, sodass der von der Halterung gehaltene Messsensor durch Zusammenwirken mit der Maßverkörperung Signale zur Bestimmung der jeweiligen Position in der Bewegungsrichtung erzeugen kann.
• Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Fixierung. Insbesondere ist eine Fixierung durch Erzeugung eines Unterdrucks in einem Raum zwischen der Halterung und der Basis möglich. Z.B. kann zu diesem Zweck zumindest ein Saugnapf an der Halterung vorgesehen sein oder Luft kann z.B. gemäß dem Prinzip des Aufsetzens von Schröpfgläsern erhitzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Halterung mechanisch an der Basis fixiert werden, z.B. formschlüssig und/oder kraftschlüssig. In einer Ausgestaltung ist an der Basis oder der Halterung eine Nut ausgebildet, die sich entlang der Bewegungsrichtung erstreckt. Insbesondere verläuft die Nut kreisringförmig um die Drehachse der Bewegungsvorrichtung. Zumindest ein Nutenstein der Halterung oder der Basis greift in die Nut ein, sodass unter Bewegung des zumindest einen Nutensteins die Halteposition der Halterung einstellbar ist. In der dann eingestellten Halteposition kann der Nutenstein fixiert werden. Alternativ oder zusätzlich zu einer mechanischen Fixierung des Nutensteins ist auch eine andere Fixierung möglich, z.B. durch Magnetkräfte.
• Bevorzugtermaßen wird die Halterung durch Magnetkräfte in einer Anpressrichtung an die Basis angepresst und wird dadurch die Halterung mit dem von der Halterung gehaltenen Messsensor an der Basis fixiert. Es kann auf eine zusätzliche Fixierung (z.B. mechanische Fixierung) verzichtet werden.
• Unabhängig von der Art der Fixierung gehören zum Umfang der Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben der Messanordnung, ein Koordinatenmessgerät, das die Messanordnung aufweist, und eine Drehvorrichtung zum Drehen eines Werkstücks oder einer Koordinaten-Messeinrichtung in einer Anordnung zum Messen von Koordinaten des Werkstücks. Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens, des Koordinatenmessgeräts und der Drehvorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen der Messanordnung. Dabei kann die magnetische Fixierung durch eine andere Fixierung ergänzt oder ersetzt werden.
• Insbesondere wird vorgeschlagen: Eine Messanordnung zum Messen einer relativen Position und/oder einer relativen Bewegung eines ersten Teils und eines relativ zu dem ersten Teil beweglichen zweiten Teils, wobei die Messanordnung aufweist:
• • eine Maßverkörperung, die an dem ersten Teil ausgebildet ist oder die mit dem ersten Teil verbindbar ist,
• • zumindest einen Messsensor, der an dem zweiten Teil derart angeordnet oder anordenbar ist, dass während eines Betriebes der Messanordnung Messsignale des Messsensors Informationen über eine Position und/oder eine Bewegung des Messsensors relativ zu der Maßverkörperung enthalten und damit eine Bestimmung der relativen Position und/oder der relativen Bewegung des ersten Teils und des zweiten Teils ermöglichen,
• • eine Halterung, die zum Halten des Messsensors mit dem Messsensor verbunden ist oder Teil des Messsensors ist, und
• • eine Basis zum Fixieren der Halterung mit dem von der Halterung gehaltenen Messsensor,
wobei die Basis während des Betriebes der Messanordnung an dem zweiten Teil befestigt ist und wobei
• • die Halterung durch Magnetkräfte in einer Anpressrichtung an die Basis angepresst wird, und
• • die Halterung wahlweise in verschiedenen Haltepositionen an der Basis positionierbar ist, sodass die Halterung in der jeweiligen Halteposition an der Basis fixiert wird und sodass die Halteposition und somit eine Position, die der Messsensor während des Betriebes der Messanordnung relativ zu dem zweiten Teil einnimmt, einstellbar ist.
• Ferner wird vorgeschlagen: Ein Verfahren zum Betreiben einer Messanordnung, die ausgestaltet ist, eine relative Position und/oder eine relative Bewegung eines ersten Teils und eines relativ zu dem ersten Teil beweglichen zweiten Teils zu messen, wobei:
• • zumindest ein Messsensor der Messanordnung, der an dem zweiten Teil angeordnet ist, Messsignale erzeugt, die Informationen über eine Position und/oder eine Bewegung des Messsensors relativ zu einer Maßverkörperung enthalten, welche an dem ersten Teil ausgebildet ist oder welche mit dem ersten Teil verbunden ist, und aus den Informationen die relative Position und/oder die relative Bewegung des ersten Teils und des zweiten Teils bestimmt wird,
wobei vor der Erzeugung der Messsignale:
• • der Messsensor mit einer Halterung verbunden wird, sodass die Halterung den Messsensor hält,
• • eine von mehreren verschiedenen Haltepositionen ausgewählt wird,
• • die Halterung in der ausgewählten Halteposition positioniert wird und dort durch Magnetkräfte in einer Anpressrichtung an eine an dem zweiten Teil befestigte Basis oder an eine Basis des zweiten Teils angepresst wird, sodass die Halterung und der von der Halterung gehaltene Messsensor in der ausgewählten Halteposition an der Basis fixiert werden.
• Insbesondere kann sich die Basis entlang einer Bewegungsrichtung erstrecken, in der sich beim Betrieb der Messanordnung die Maßverkörperung und der Messsensor relativ zueinander bewegen. Insbesondere in diesem Fall können die verschiedenen Haltepositionen entlang einer Bewegungsrichtung angeordnet sein, in der das erste Teil (und somit die Maßverkörperung) und das zweite Teil (und somit die Basis) relativ zueinander beweglich sind.
• Insbesondere kann ein Koordinatenmessgerät die Messanordnung in einer ihrer Ausgestaltungen aufweisen, wobei das Koordinatenmessgerät das erste Teil und das relativ zu dem ersten Teil bewegliche zweite Teil aufweist.
• Eine Drehvorrichtung zum Drehen eines Werkstücks oder einer Koordinaten-Messeinrichtung in einer Anordnung zum Messen von Koordinaten des Werkstücks kann die Messanordnung in einer ihrer Ausgestaltungen, das erste Teil und das zweite Teil aufweisen, wobei das zweite Teil relativ zu dem ersten Teil um eine Drehachse der Drehvorrichtung drehbeweglich ist und wobei das Werkstück oder die Koordinaten-Messeinrichtung an dem ersten Teil oder dem zweiten Teil anordenbar ist. Bei der Drehvorrichtung zum Drehen eines Werkstücks handelt es sich z.B. um einen Drehtisch, der beispielsweise auf einem Messtisch (z. B. auf einer Grundplatte aus Stein) eines Koordinatenmessgeräts angeordnet sein kann. Bei der Drehvorrichtung zum Drehen einer Koordinaten-Messeinrichtung kann es sich z.B. um eine Ausführungsform eines der oben erwähnten Drehgelenke handeln. Beispielsweise kann die Drehvorrichtung an einem Arm oder einer Pinole eines Koordinatenmessgerätes angeordnet sein und z.B. die Drehung eines Messkopfes des Koordinatenmessgerätes ermöglichen.
• Insbesondere können das erste Teil und/oder das zweite Teil Bestandteil der Messanordnung sein. Alternativ kann es sich bei der Messanordnung um eine zusätzliche Messanordnung handeln, die z.B. nachträglich an einer vorhandenen Bewegungsvorrichtung (z.B. einer Vorrichtung zur Realisierung einer geradlinigen Bewegung entlang einer Linearachse oder einer Drehvorrichtung) angebracht wird.
• Dadurch, dass die Basis während des Betriebes der Messanordnung an dem zweiten Teil befestigt ist oder Bestandteil des zweiten Teils ist, die Halterung in der Halteposition an der Basis fixiert ist und die Halterung mit dem Messsensor verbunden ist und diesen hält oder Teil des Messsensors ist, ist auch der Messsensor an der Basis fixiert und mit dieser indirekt (d.h. über die Halterung) verbunden. Ein Ausführungsbeispiel für die Integration der Halterung in den Messsensor ist ein Materialbereich aus magnetischem oder magnetisierbarem Material, der direkt mit dem Messsensor verbunden ist, zum Beispiel verklebt und/oder verschraubt ist. Ein anderes Ausführungsbeispiel ist die Ausführung eines Messsensors mit gleichen Abmessungen und gleicher Konstruktion wie bei einem an sich bekannten Messsensor, wobei jedoch zumindest ein Bereich des Messsensors aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material besteht.
• Insbesondere ist bzw. wird die Halterung derart an der Basis fixiert, dass die Halterung an eine Anlagefläche der Basis angepresst wird, wobei sich der Messsensor und die Anlagefläche auf einander gegenüberliegenden Seiten der Halterung befinden. Auf diese Weise ist der Messsensor von der Anlagefläche entfernt angeordnet und kann die Fixierung der Halterung an der Basis so ausgestaltet werden, dass die Funktion des Messsensors nicht gestört wird. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn wie bei einer Fixierung durch Magnetkräfte das Funktionsprinzip der Fixierung zu Störungen der Funktion des Messsensors führen kann.
• Um die freie Positionierbarkeit des Messsensors (z.B. eines Lesekopfes) zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, den Messsensor (z. B. einen Lesekopf) magnetisch zu halten. In einer einfachen Ausgestaltung ist die Basis der Messanordnung z.B. eine ringförmige Grundplatte (im Fall einer Drehvorrichtung) oder eine längliche Grundplatte (im Fall einer Linearachse). Die Grundplatte kann insbesondere eine ebene Oberfläche aufweisen, die als Anlagefläche zum Anpressen einer Halterung des Messsensors dient. Außer einer ebenen Anlagefläche kommen aber auch andere Formen von Anlageflächen in Betracht, z.B. eine im Querschnitt V-förmige Anlagefläche, wobei die Oberfläche der Halterung in diesem Fall vorzugsweise komplementär geformt ist, sodass die Halterung an den zueinander abgewinkelten Bereichen der Anlagefläche angepresst wird.
• Z.B. kann die Basis aus einem magnetischen Material bestehen oder ein magnetisches Material aufweisen. Als magnetisches Material kommt z.B. Eisen oder ein magnetischer Edelstahl infrage. Im Gegensatz dazu, bildet ein magnetisierbares Material erst unter Einfluss eines Magneten (z. B. des magnetischen Materials oder eines Elektromagneten) magnetische Pole aus und werden dadurch Magnetkräfte auf das Material ausgeübt. Wie die Basis kann die Halterung ebenfalls ein magnetisches Material aufweisen oder daraus bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Halterung ein magnetisierbares Material aufweisen. Wiederum alternativ kann die Basis kein magnetisches Material aufweisen, jedoch ein magnetisierbares Material, das unter dem Einfluss des Magnetfeldes eines magnetischen Materials der Halterung oder eines Elektromagneten magnetisiert wird, sodass die Halterung aufgrund entsprechender Magnetkräfte an die Basis angepresst wird.
• Das magnetische oder magnetisierbare Material sowohl der Basis als auch der Halterung kann, muss aber nicht die Oberfläche der Basis bzw. der Halterung bilden, die in dem an der Basis fixierten Zustand der Halterung die Anlagefläche bildet bzw. an die Anlagefläche angepresst wird. Insbesondere kann die Oberfläche durch eine Lage aus nicht magnetischem Material gebildet werden, um die Größe der Magnetkräfte zu beschränken, welche die Halterung an die Basis anpressen. Optional kann die Lage aus nicht magnetischem Material, z.B. aus Kunststoff oder Papier, nur vorübergehend an der Anlagefläche anliegen, während die Halterung entlang der Lage in die gewünschte Halteposition verschoben wird. Dies erleichtert die Verschiebung in die gewünschte Halteposition. Nach dem Erreichen der Halteposition kann die Lage entfernt werden. Als magnetisierbares Material kann z.B. Neodym verwendet werden. Die magnetische Suszeptibilität handelsüblicher Neodym-Körper für magnetische Halterungen ist ausreichend groß, um Veränderungen der eingestellten Halteposition aufgrund von Erschütterungen und Vibrationen während des Betriebes eines Koordinatenmessgerätes zu verhindern, wenn ein entsprechendes Magnetfeld auf den Neodym-Körper einwirkt.
• Der Messsensor kann z.B. an der Halterung festgeschraubt sein. Z.B. wird zumindest ein Körper aus magnetischem oder magnetisierbarem Material mit einem Grundkörper der Halterung verbunden, z.B. in eine Aufnahme des Grundkörpers eingeklebt. Zur Verklebung können z.B. Klebstoffe auf Kunstharzbasis verwendet werden, die im Handel erhältlich sind.
• Die Anlagefläche der Basis, die auch als Anpressfläche zum Anpressen der Halterung in den verschiedenen möglichen Haltepositionen bezeichnet werden kann, erstreckt sich in bevorzugter Ausgestaltung in konstantem Abstand zu der Maßverkörperung. Dadurch kann der Messsensor in den verschiedenen Haltepositionen immer in demselben Abstand zu der Maßverkörperung gehalten werden.
• Gemäß einer Ausgestaltung weist die Halterung ein erstes Material, das ein magnetisches oder magnetisierbares Material mit einer ersten magnetischen Suszeptibilität ist, und ein zweites Material, das ein Material mit einer zweiten magnetischen Suszeptibilität ist, auf. Dabei bewirkt das erste Material in Wechselwirkung mit einem magnetischen oder magnetisierbaren Material der Basis zumindest einen Teil der Magnetkräfte, die die Halterung in der Anpressrichtung an die Basis anpressen. Die zweite magnetische Suszeptibilität ist kleiner als die erste magnetische Suszeptibilität. Das zweite Material ist an einander gegenüberliegenden Seiten des ersten Materials angeordnet, sodass das erste Material betrachtet in einer quer zur Anpressrichtung verlaufenden Querrichtung von dem zweiten Material eingeschlossen ist. Insbesondere umläuft das zweite Material das erste Material ringförmig, so dass das erste Material betrachtet in einer quer zur Anpressrichtung verlaufenden Querschnittsfläche in allen quer zur Anpressrichtung verlaufenden Richtungen eingeschlossen ist. Alternativ zu der Ringform kann zum Beispiel das zweite Material in radialer Richtung einer Drehachse der Drehvorrichtung betrachtet außerhalb und innerhalb des ersten Materials (oder oberhalb und unterhalb des ersten Materials) angeordnet sein, wobei sich das erste Material ringförmig um die Drehachse erstreckt. Insbesondere ist die zweite magnetische Suszeptibilität um zumindest einen Faktor 10, vorzugsweise zumindest um einen Faktor 100, kleiner als die erste magnetische Suszeptibilität, d.h. ihr Verhältnis beträgt höchstens 1/10 bzw. höchstens 1/100. Die erste und zweite magnetische Suszeptibilität können sich auch noch um größere Faktoren voneinander unterscheiden. Für das zweite Material eignet sich z.B. Messing, das als nicht magnetisch gilt ist und daher eine magnetische Suszeptibilität von nahe Null hat (z.B. 0,03).
• Dadurch, dass das zweite Material das erste Material einschließt, werden die magnetischen Feldlinien innerhalb des ersten Materials gebündelt und in Anpressrichtung geführt, sodass ein starkes und homogenes Magnetfeld entsteht, welches die Halterung mit dem Messsensor stabil in der Halteposition hält.
• Im Folgenden wird von einem dritten Material der Halterung gesprochen. Das dritte Material muss aber nicht zwangsläufig zusätzlich zu dem zweiten Material vorhanden sein, auch wenn dies bevorzugt wird. Vielmehr ist es auch möglich, dass eine Ausgestaltung der Halterung lediglich das erste und das dritte Material aufweist.
• Gemäß einer Ausgestaltung weist die Halterung ein erstes Material, das ein magnetisches oder magnetisierbares Material mit einer ersten magnetischen Suszeptibilität ist, und ein drittes Material, das ein magnetisches oder magnetisierbares Material mit einer dritten magnetischen Suszeptibilität ist, auf. Die dritte magnetische Suszeptibilität ist größer als die erste magnetische Suszeptibilität. Wenn die Halterung durch die Magnetkräfte an die Basis angepresst ist und dadurch die Halterung an der Basis fixiert ist, befindet sich das erste Material näher an der Basis als das dritte Material und befindet sich das dritte Material zwischen dem Messsensor und dem ersten Material.
• Durch das dritte Material wird der Messsensor von dem Magnetfeld abgeschirmt, dessen Feldlinien innerhalb des ersten Materials verlaufen. Es kann daher eine Beeinträchtigung der Funktion des Messsensors verhindert werden.
• Gemäß einer Ausgestaltung weist die Messanordnung eine Abstandseinrichtung auf, die zumindest einen Abstandshalter aufweist, der einen Mindest-Abstand zwischen magnetischen oder magnetisierbaren Materialien der Basis einerseits und der Halterung andererseits gewährleistet. Die magnetischen oder magnetisierbaren Materialien bewirken zumindest einen Teil der Magnetkräfte, die die Halterung in der Anpressrichtung an die Basis anpressen, wobei eine Abmessung des Abstandshalters (insbesondere eine wirksame Länge in Richtung der Magnetkräfte, die zwischen der Basis und der Halterung wirken) zwischen der Basis und der Halterung einstellbar ist, sodass auch der Mindest-Abstand einstellbar ist.
• Auf diese Weise kann die Stärke der Magnetkräfte, mit denen die Halterung an die Basis angepresst wird, verändert werden. Mit zunehmendem Abstand zwischen Basis und Halterung nehmen die Magnetkräfte ab. Bezüglich des Verfahrens ist daher folgende Ausgestaltung möglich: Die Halterung wird in der ausgewählten Halteposition vorpositioniert, während eine Abstandseinrichtung der Messanordnung in einem ersten Betriebszustand ist, in dem zumindest ein Abstandshalter der Abstandseinrichtung einen größeren Mindest-Abstand zwischen den magnetischen oder magnetisierbaren Materialien der Basis und der Halterung gewährleistet als in einem zweiten Betriebszustand der Abstandseinrichtung. Nach der Vorpositionierung der Halterung in der ausgewählten Halteposition wird die Abstandseinrichtung durch Einstellen einer Abmessung des zumindest einen Abstandshalters zwischen der Basis und der Halterung in den zweiten Betriebszustand gebracht, in dem die Halterung durch stärkere (d.h. größere) Magnetkräfte der magnetischen oder magnetisierbaren Materialien der Basis und der Halterung in der Halteposition gehalten wird als in dem ersten Betriebszustand.
• Da sich zumindest ein Teil des Abstandshalters zwischen der Basis und der Halterung befindet und da die Abmessung des Abstandshalters oder des Teils des Abstandshalters zwischen der Basis und der Halterung einstellbar ist, kann die Stärke der Magnetkräfte eingestellt werden. Während der Vorpositionierung ist ein größerer Abstand und sind daher schwächere Magnetkräfte eingestellt als in dem zweiten Betriebszustand, in dem die Halterung dauerhaft für den Messbetrieb der Messanordnung an der Basis fixiert ist. Dies schließt nicht aus, dass z.B. durch Vergrößerung des Abstandes zwischen Basis und Halterung wieder der erste Betriebszustand oder ein anderer Betriebszustand mit vergrößertem Abstand eingestellt wird und die Halterung dann wieder in eine andere ausgewählte Halteposition gebracht wird.
• Z.B. kann die Abstandseinrichtung eine Mehrzahl von Abdrückschrauben aufweisen, die parallel zur Anpressrichtung in Richtung der Basis herausgeschraubt und in der Gegenrichtung wieder in die Halterung hineingeschraubt werden können. In diesem Fall handelt es sich bei dem Abstandshalter um die Schraube, die optional mit einem weiteren Teil des Abstandshalters verbunden sein kann. Z.B. können sich drei solcher Schrauben an den Ecken eines gedachten, vorzugsweise gleichseitigen Dreiecks an der der Basis zugewandten Oberfläche der Halterung befinden. Durch drei Schrauben liegen die freien Enden der so realisierten drei Abstandshalter gleichzeitig an der Oberfläche der Basis an, sodass insbesondere anders als bei lediglich zwei Schrauben oder mehr als drei Schrauben keine Verkippung der Halterung um den Kontaktpunkt eines der Abstandshalter an der Basis stattfinden kann. Insbesondere kann jeder der Schrauben ein Gewinde an der Halterung oder in der Halterung zugeordnet sein.
• Die Abstandseinrichtung, insbesondere die Abdrückschrauben, vereinfachen auch die Demontage der Halterung von der Basis. Dazu wird zunächst ein größerer Abstand der magnetischen oder magnetisierbaren Materialien der Halterung von der Basis eingestellt und dann in dem so erreichten Zustand, in dem schwächere Magnetkräfte als zuvor wirken, die Halterung mit dem Messsensor von der Basis entfernt.
• Es wurde bereits ein Beispiel dafür erwähnt, dass die Abstandseinrichtung drei Abstandshalter aufweisen kann, die an den Ecken eines gedachten Dreiecks den Mindest-Abstand zwischen der Basis und der Halterung gewährleisten. Es wird nun bevorzugt, dass der durch den jeweiligen Abstandshalter definierte Mindest-Abstand individuell, das heißt unabhängig von den anderen Abstandshaltern eingestellt werden kann. Dies ermöglicht auch eine Einstellung der Ausrichtung der Halterung und damit des Messsensors relativ zur Basis. Eine Anzahl von drei Abstandshaltern hat aber auch den Vorteil, dass die Halterung eine eindeutige Position und Ausrichtung relativ zu der Basis hat. Dies ist zum Beispiel bei vier Abstandshaltern an den Ecken eines gedachten Vierecks nicht der Fall.
• Außer der Möglichkeit zur Einstellung einer Halteposition für einen Messsensor hat die Erfindung auch den Vorteil, dass an der Basis vorübergehend zusätzliche Messsensoren (z.B. Leseköpfe) montiert werden können. Solche zusätzlichen Messsensoren werden z.B. für eine Kalibrierung der Bewegungsvorrichtung und/oder der Messanordnung verwendet. Die Kalibrierung kann z.B. im Rahmen der Herstellung der Bewegungsvorrichtung und/oder der Messanordnung oder nach Auslieferung beim Anwender vorgenommen werden. Z. B. werden zur Aufnahme der für die Kalibrierung und/oder aufgrund der Kalibrierung für die spätere Korrektur während des Betriebes benötigten Daten fünf Messsensoren an vorgegebenen Positionen relativ zueinander entlang der Bewegungsrichtung angeordnet, insbesondere in vorgegebenen Winkelabständen zueinander um die Drehachse. Die nur vorübergehend an der Basis angeordneten Messsensoren werden nach der Kalibrierung und/oder der Datenaufnahme für die Kalibrierung wieder entfernt. Ein entsprechendes Verfahren zur Kalibrierung wird z.B. in EP 192 36 70 A1 beschrieben. Es gibt auch Kalibrierverfahren, bei denen eine andere Zahl von Messsensoren an vorgegebenen Positionen relativ zueinander und/oder in beliebigen, nicht vorgegebenen Positionen relativ zueinander verwendet wird.
• Vorzugsweise wird zumindest einer der lediglich vorübergehend an der Basis montierten Messsensoren durch Magnetkräfte gehalten. Insbesondere kann daher zumindest eine zusätzliche Halterung zum Halten eines zweiten Messsensors vorgesehen sein, wobei die zusätzliche Halterung (auch als zweite Halterung zu bezeichnende Halterung) eine beliebige Kombination der Merkmale aufweisen kann, die für die erste Halterung offenbart sind.
• Allgemein formuliert kann daher eine Mehrzahl separater Halterungen zum Halten jeweils zumindest eines Messsensors vorgesehen sein, wobei jede Halterung ausgestaltet ist, durch Magnetkräfte oder auf andere Weise an der Basis fixiert zu werden.
• Alternativ, wie im Folgenden noch näher beschrieben wird, kann eine Halterung oder eine einzige Halterung ausgestaltet sein, eine Mehrzahl von Messsensoren zu halten.
• Bei einer Mehrzahl von Messsensoren müssen nicht alle Messsensoren durch Magnetkräfte an der Basis gehalten werden. Vielmehr kann zumindest einer der Messsensoren auf andere Weise, z.B. durch Festschrauben, an der Basis oder an einem anderen Bestandteil der Messanordnung fixiert werden.
• Insbesondere kann die Halterung Halteelemente aufweisen, durch die in zumindest zwei durch Halteelemente der Halterung definierten (insbesondere vorgegebenen) Positionen jeweils ein Messsensor zur Gewinnung der Informationen über die Position und/oder die Bewegung des Messsensors relativ zu der Maßverkörperung haltbar ist und/oder gehalten wird, wobei die zumindest zwei definierten Positionen (in jedem Zustand, in dem die Halterung an der Basis fixiert ist) in einer Richtung entlang der Maßverkörperung (und damit während des Messbetriebes entlang der Bewegungsrichtung der zwei relativ zueinander beweglichen Teile) voneinander beabstandet sind. Insbesondere gilt nicht nur für diese Ausgestaltung, dass die Richtung entlang der Maßverkörperung auch eine Richtung entlang der Bewegungsrichtung der relativ zueinander beweglichen Teile ist. Die Halterung für zumindest zwei Messsensoren hat den Vorteil, dass zwar der Abstand der Messsensoren aufgrund der Gestaltung der Halterung fest vorgegeben sein kann, die Positionierung der von der Halterung gehaltenen Messsensoren bezüglich der Basis aber einstellbar und/oder wählbar ist.
• Bei den Halteelementen kann es sich zum Beispiel um Gewindebohrungen und entsprechende Befestigungsschrauben zum Befestigen des jeweiligen Messsensors handeln. Es sind auch andere Ausgestaltungen möglich, in denen die Halterung den jeweiligen Messsensor mechanisch (zum Beispiel kraftschlüssig und/oder formschlüssig) hält. Zum Beispiel können die Halteelemente als Saugnäpfe oder Klettverschlüsse ausgestaltet sein oder ein Gehäuse des Messsensors kann in die Halterung integriert sein. Allgemeiner formuliert muss die Halterung nicht mit dem Messsensor verbunden sein, sondern ist zum Beispiel in den Messsensor integriert. In all diesen Fällen definiert bereits das Halteelement oder die Mehrzahl von Halteelementen die vorgegebene Position, in der der Messsensor von der Halterung gehalten werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein Messsensor z. B. mit Klebstoff als Halteelement an die Halterung angeklebt sein. In diesem Fall ist die Position auch durch den bereits an der Halterung montierten Messsensor definiert. Es ist auch eine Kombination eines mechanischen Halteelements und Klebstoff möglich. Zum Beispiel kann eine Aussparung an der Oberfläche der Halterung einen Aufnahmeraum für einen Messsensor darstellen, der aber in die Aussparung eingeklebt wird.
• In besonderer Ausgestaltung erstreckt sich die Maßverkörperung zum Messen einer relativen Drehposition und/oder einer relativen Drehbewegung über einen Verlauf eines Kreises oder eines Kreissegmentes, ist die Basis als Kreisring oder als Kreisringsegment ausgestaltet und ist die Halterung als Kreisring oder als Kreisringsegment ausgestaltet.
• Unter einem Kreisring und einem Kreisringsegment wird ein Gegenstand verstanden, der sich entlang einer Kreislinie bzw. einem Kreisliniensegment um den Mittelpunkt des Kreises erstreckt. Dabei muss der Gegenstand nicht zwingend symmetrisch bezüglich des Mittelpunkts sein. Bezüglich der Halterung wird aber unter einem Kreisring und einem Kreisringsegment insbesondere verstanden, dass die verschiedenen Drehstellungen der Halterung auf einer Kreislinie bzw. einem Kreisliniensegment um den Mittelpunkt des Kreises liegen.
• Insbesondere können aufgrund der ringförmigen Gestaltung der Halterung und optional auch der Basis Messsensoren in einem Winkelabstand von 180°, d.h. bezüglich der Drehachse einander gegenüberliegend, von der Halterung gehalten werden, wobei jedoch die Halteposition bezüglich des zweiten Teils eingestellt werden kann. Die Einstellung erfolgt z.B. durch Drehung der Halterung um die Drehachse der Drehbewegung relativ zu der Basis. Dies ist selbstverständlich auch dann möglich, wenn die zwei Positionen, in denen die zwei Messsensoren von der Halterung gehalten werden oder zu halten sind, nicht einen Winkelabstand von 180° haben. Wenn aber ein solcher Winkelabstand von 180° vorhanden ist, lassen sich mit den so positionierten Messsensoren Messungen der relativen Drehposition des ersten und zweiten Teils durchführen, wobei systematische Messfehler, die sich an den bezüglich der Drehachse einander gegenüberliegenden Positionen der Messsensoren entgegengesetzt auswirken, durch bekannte Verfahren der Auswertung (insbesondere durch Bildung des arithmetischen Mittelwerts der Messsignale der beiden Messsensoren) eliminiert werden können. Z.B. lassen sich auf diese Weise Messfehler eliminieren, die dadurch entstehen, dass die Maßverkörperung exzentrisch bezüglich der Drehachse der Drehbewegung montiert ist.
• Insbesondere weist die Messanordnung eine Führung auf, durch die eine mögliche Relativbewegung (insbesondere eine Drehbewegung um die Drehachse der Drehvorrichtung) der Halterung und der Basis geführt wird, wobei durch Ausführung der Relativbewegung die Halterung in die verschiedenen Haltepositionen bringbar ist bzw. gebracht wird. Dadurch wird die Einstellung der Position, die der Messsensor während eines Messbetriebes der Messanordnung relativ zu dem zweiten Teil einnimmt, erleichtert.
• Vorzugsweise wird die Führung durch eine kreisringförmige Nut in der Halterung oder in der Basis gebildet, in die ein vorspringender Bereich der Basis oder der Halterung eingreift, d.h. das entsprechend andere Bauteil (also die Halterung oder die Basis) in die Nut eingreift. Die Nut ist ringförmig bezüglich der Drehachse der Drehbewegung ausgestaltet.
• Vorzugsweise wird die ringförmige Halterung durch die Magnetkräfte an der ringförmigen Basis gehalten. Insbesondere im Fall der Nut, aber auch in anderen Fällen kann die ringförmige Halterung alternativ oder zusätzlich zu Magnetkräften auf andere Weise an der Basis fixiert werden, sodass die Halteposition des zumindest einen von der Halterung gehaltenen Messsensors während des Betriebes der Messanordnung stabil bleibt.
• Z.B. im Fall der oben bereits erwähnten Nutensteine (von denen z.B. drei Stück vorhanden sein können, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umlauf um die Drehachse verteilt sind) kann die Fixierung der Halterung an der Basis dadurch vorgenommen werden, dass die Nutensteine in der Nut fixiert werden (z.B. durch Klemmwirkung, Magnetkräfte oder durch Festschrauben).
• Die Ausgestaltung der Halterung und der Basis als Ring hat insbesondere im Fall der Nut den Vorteil, dass der zumindest eine von der Halterung gehaltene Messsensor auf besonders einfache Weise in die gewünschte Halteposition gebracht werden kann.
• Bei einer Variante ist lediglich die Halterung ringförmig ausgestaltet. In diesem Fall ist die Basis also nicht ringförmig. Andere der in dieser Beschreibung und den Figuren offenbarten Merkmale der Basis können aber vorhanden sein. Z.B. kann die Basis das erwähnte magnetische oder magnetisierbare Material aufweisen, um die ringförmige Halterung durch Magnetkräfte an der Basis zu halten. Alternativ oder zusätzlich kann die Basis z.B. die erwähnten Nutensteine aufweisen, die in diesem Fall in der ringförmigen Nut der ringförmigen Halterung geführt sind, sodass die ringförmige Halterung um die Drehachse der Drehbewegung gedreht werden kann, bis die gewünschte Halteposition des zumindest einen von der Halterung gehaltenen Messsensors erreicht ist. Es ist nicht nur in diesem Fall auch möglich, die Halterung zunächst in die gewünschte Position zu bringen und dann den zumindest einen Messsensor an der Halterung zu befestigen. Z.B. aufgrund der Gestaltung der Halterung ist auch schon vor der Befestigung des Messsensors erkennbar, an welcher Position und/oder mit welcher Ausrichtung der Messsensor an der Halterung befestigt sein wird.
• Wie oben beschrieben ermöglicht die Basis eine wahlweise Fixierung der Halterung in verschiedenen Haltepositionen, insbesondere in Haltepositionen innerhalb eines kontinuierlichen Bereichs entlang der Bewegungsrichtung bzw. entlang der Maßverkörperung. In der Regel weisen Messsensoren eine (z. B. elektrische oder optische) Anschlussleitung auf, über die insbesondere die erzeugten Messsignale übertragen werden. Alternativ oder zusätzlich kann der jeweilige Messsensor über eine elektrische Anschlussleitung mit Energie für seinen Betrieb versorgt werden. Die Anschlussleitung kann mehrere Adern aufweisen, die z. B. elektrisch gegeneinander isoliert sind. Da die Halteposition des Messsensors nicht fest vorgegeben ist, kann der Verlauf der Anschlussleitung von dem Messsensor zu dem entgegengesetzten Ende der Anschlussleitung variieren, je nachdem, welche Halteposition gewählt wird. Die Anschlussleitung, die insbesondere ausreichend lang gewählt ist, damit der Messsensor in allen möglichen Haltepositionen an der Basis fixiert werden kann, stört möglicherweise den Betrieb der Messanordnung oder sogar den Betrieb der Bewegungsvorrichtung, wenn der Verlauf von Leitungsabschnitte nicht festgelegt ist. Es wird daher Folgendes vorgeschlagen: Eine Anschlussleitung des Messsensors
• - ist mit einem magnetischen oder magnetisierbaren Material verbunden und/oder
• - weist ein magnetisches oder magnetisierbares Material auf und/oder
• - ist mit einem Leitungshalter verbunden, der ein magnetisches oder magnetisierbares Material aufweist,
wobei ein Abschnitt der Anschlussleitung durch Magnetkräfte des magnetischen oder magnetisierbaren Materials an der Halterung und/oder an der Basis fixiert ist/wird.
• Dem Vorschlag liegt der Gedanke zugrunde, die magnetischen Eigenschaften der Halterung oder der Basis, insbesondere der ringförmigen Halterung oder Basis, auch für die Befestigung eines Abschnitts der Anschlussleitung zu nutzen. Dadurch wird der Abschnitt fixiert und befindet sich an einer gewünschten Position, die so gewählt werden kann, dass sie den Betrieb nicht stört. Vorzugsweise ist die Basis magnetisch, z.B. ferromagnetisch.
• Es werden nun mehrere Ausgestaltungen der Befestigung eines Abschnitts oder mehrerer Abschnitte der Anschlussleitung an der Basis beschrieben, wobei die Ausgestaltungen auch beliebig miteinander kombinierbar sind. Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist die Anschlussleitung mit einem magnetischen oder magnetisierbaren Material verbunden. Z.B. kann die Anschlussleitung mit einem zusätzlichen Mantel aus magnetischem oder magnetisierbarem Material versehen werden. Hierzu weist der Mantel, der vorzugsweise aus elastischem magnetischem oder magnetisierbarem Material besteht, einen in Längsrichtung verlaufenden Schlitz oder Spalt auf, durch den hindurch zumindest der Abschnitt der Anschlussleitung in das Innere des Mantels eingebracht werden kann. Im Fall eines elastischen Materials wird der Abschnitt vorzugsweise allein aufgrund der elastischen Kräfte des Mantelmaterials im Inneren des Mantels gehalten. Bei einer Variante besteht nicht der gesamte Mantel aus dem magnetischen oder magnetisierbaren Material, sondern ist das magnetische oder magnetisierbare Material z.B. an einer Seite des Mantels an diesem befestigt. Der Mantel ist in jeder seiner Ausgestaltungen auch ein Ausführungsbeispiel für einen mit dem Abschnitt der Anschlussleitung verbindbaren Leitungshalter. Es muss aber nicht ein Leitungshalter vorgesehen sein, der ein magnetisches oder magnetisierbares Material aufweist. Vielmehr ist gemäß der ersten Ausgestaltung lediglich gefordert, dass die Anschlussleitung mit einem magnetischen oder magnetisierbaren Material verbunden ist. Daher könnte z.B. ein magnetisches Material an der Außenoberfläche der Anschlussleitung befestigt werden (z.B. angeklebt werden), ohne dass das angeklebte magnetische oder magnetisierbare Material die Anschlussleitung in der Art eines Leitungshalters umfasst. Leitungshalter werden auch als Clip bezeichnet. Ein anderes Beispiel für einen Leitungshalter ist ein Clip (oder eine Mehrzahl von Clips), wobei an dem Clip ein Körper aus magnetischem oder magnetisierbarem Material befestigt ist. Z.B. kann das magnetische oder magnetisierbare Material in einem Gehäuse angeordnet sein, welches einen Schlitz aufweist, durch den der Clip geführt ist.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Anschlussleitung bereits selbst ein magnetisches oder magnetisierbares Material auf. Z.B. kann der Mantel, der mehrere Adern (mit gegebenenfalls individuellen isolierenden Ader-Ummantelungen) umschließt und insbesondere elektrisch gegen die Umgebung isoliert, aus magnetisierbarem Material bestehen.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
• 1 ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise mit einem drehbeweglichen Tastkopf und mit einem Drehtisch zum Drehen von Werkstücken, wobei andere Teile des Koordinatenmessgeräts in geradliniger Richtung relativ zueinander beweglich sind,
• 2 eine Draufsicht auf eine Messanordnung mit einem ringförmigen Inkrementalmaßstab und einem Messsensor,
• 3 einen Längsschnitt durch eine Drehvorrichtung, insbesondere den Drehtisch aus 1,
• 4 schematisch einen Längsschnitt durch eine Messanordnung, bei der der Messsensor auf eine an einem Außenumfang eines drehbeweglichen Teils angeordnete Maßverkörperung gerichtet ist,
• 5 schematisch einen Längsschnitt durch eine Messanordnung, bei der ein Messsensor in einer axialen Richtung quer zu einer Drehachse auf eine Maßverkörperung eines um die Drehachse drehbeweglichen Teils gerichtet ist,
• 6 eine Draufsicht auf eine Halterung zum Halten eines Messsensors, wobei die Halterung drei Gewindebohrungen aufweist, die es in Kombination mit jeweils einer Schraube ermöglichen, die Halterung von einer Basis abzudrücken,
• 7 einen Längsschnitt durch eine Anordnung mit der Halterung aus 6, wobei in dem Längsschnitt eine der Abdrückschrauben erkennbar ist, mit denen die Halterung von einer Basis abgedrückt und damit in einem entsprechenden Mindest-Abstand gehalten wird,
• 8 schematisch einen Längsschnitt durch eine Anordnung mit einer ringförmigen Basis und einer ringförmigen Halterung, wobei die Halterung eine ringförmige Nut aufweist, in die ein entsprechender ringförmiger Vorsprung oder Nutensteine der Basis eingreifen,
• 9 eine Draufsicht auf eine ringförmige Halterung zum Halten einer Mehrzahl von Messsensoren,
• 10 eine Draufsicht auf eine ringförmige Halterung mit einem gehaltenen Messsensor, dessen Anschlussleitung unter Verwendung von drei Leitungshaltern an der Oberfläche der ringförmigen Halterung gehalten wird,
• 11 einen Längsschnitt durch die ringförmige Halterung und einen der Leitungshalter aus 10, der die Anschlussleitung hält,
• 12 einen Endabschnitt einer Anordnung mit einer Anschlussleitung eines Messsensors, wobei die Anschlussleitung einen zusätzlichen Mantel aus magnetischem oder magnetisierbarem Material aufweist, und
• 13 schematisch eine Seitenansicht auf einen Bereich eines ersten Teils mit einer Maßverkörperung in Form eines linearen Inkrementalmaßstabes und auf ein zweiten Teil, das in der Linearachse entlang des Inkrementalmaßstabes relativ zu dem ersten Teil linearbeweglich ist.
• Das in 1 dargestellte Koordinatenmessgerät (KMG) 211 in Portalbauweise weist einen Messtisch 201 auf, über dem Säulen 202, 203 in Z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems beweglich angeordnet sind. Die Säulen 202, 203 bilden zusammen mit einem Querträger 204 ein Portal des KMG 211. Der Querträger 204 ist an seinen gegenüberliegenden Enden mit den Säulen 202 bzw. 203 verbunden. Z. B. nicht näher dargestellte Elektromotoren verursachen die Linearbewegung der Säulen 202, 203 in Z-Richtung. Dabei ist z. B. jeder der beiden Säulen 202, 203 ein Elektromotor zugeordnet.
• Der Querträger 204 ist mit einem Querschlitten 207 kombiniert, welcher z. B. luftgelagert entlang dem Querträger 204 in X-Richtung des kartesischen Koordinatensystems beweglich ist. Die momentane Position des Querschlittens 207 relativ zu dem Querträger 204 kann anhand eines Inkrementalmaßstabs 206 festgestellt werden. Die Bewegung des Querträgers 204 in X-Richtung wird z. B. durch einen weiteren Elektromotor angetrieben. An dem Querschlitten 207 ist eine in vertikaler Richtung bewegliche Pinole 208 gelagert, die an ihrem unteren Ende über eine Montageeinrichtung 210 und eine Drehvorrichtung 205, die eine integrierte Drehpositions-Messanordnung (nicht in 1 dargestellt) aufweist, mit einer Koordinatenmesseinrichtung 209 verbunden ist. Die Koordinatenmesseinrichtung 209 weist einen abgewinkelten Tastkopf 215 auf, an dem ein Taststift 111 mit Tastkugel 121 abnehmbar angeordnet ist. Die Koordinatenmesseinrichtung 209 kann angetrieben z. B. durch einen weiteren Elektromotor relativ zu dem Querschlitten 207 in Y-Richtung des kartesischen Koordinatensystems bewegt werden. Durch die Elektromotoren des KMG kann der Taststift 111 in dem Bereich unterhalb des Querträgers 204 in nahezu beliebige Positionen bewegt werden. Ferner kann die Drehvorrichtung 205 den Tastkopf 215 um die Y-Achse drehen, sodass der Taststift 111 in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet werden kann.
• Auf dem Messtisch 201 ist ein Drehtisch 217 (d.h. eine Drehvorrichtung) mit integrierter Drehpositions-Messanordnung (nicht in 1 dargestellt) angeordnet. Die Anordnung ist schematisch zu verstehen. In der Praxis wird der Drehtisch 217 an einer Position angeordnet sein, in der der Taststift 111 oder ein anderer Taststift ein auf dem Drehtisch 217 angeordnetes Werkstück (nicht dargestellt) möglichst ungehindert von allen Seiten in radialer Richtung der Drehachse des Drehtischs 217, d.h. in möglichst beliebigen Arbeitsausrichtungen, antasten kann. Entsprechendes gilt möglichst auch über den gesamten Höhenbereich entlang der Erstreckung der Drehachse der Drehvorrichtung 217 für alle Arbeitspositionen des Taststifts.
• Das Koordinatenmessgerät in Portalbauweise ist lediglich ein Ausführungsbeispiel für ein Koordinatenmessgerät. Es können daher auch Koordinatenmessgeräte anderer Bauweise, zum Beispiel Gantry-Bauweise oder Gelenkarm-Bauweise, verwendet werden, die ebenfalls Bewegungsvorrichtungen für eine Linearbewegung und/oder eine Drehbewegung aufweisen können.
• Um z. B. die Bewegungsvorrichtung einer Drehvorrichtung (zum Beispiel des Drehtischs 217 oder der Drehvorrichtung 205 aus 1) auf Bewegungsfehler zu untersuchen, kann ein Kalibrierkörper (z.B. ein Zylinder oder ein Stab mit zwei in einer Längsrichtung des Stabes voneinander beabstandeten kugelförmigen Bereichen) an der Drehvorrichtung (zum Beispiel dem Drehtisch 217) angeordnet werden, sodass die Längsachse des Zylinders oder des Stabes mit der Drehachse des Drehtischs übereinstimmt. Ferner kann eine separate Messvorrichtung mit mehreren Sensoren (zum Beispiel Abstandssensoren, die in verschiedenen Drehstellungen des Kalibrierkörpers den Abstand zu dem Kalibrierkörper messen) dazu verwendet werden, die Bewegungsfehler der Drehvorrichtung zu messen. Vorzugsweise sind dabei die Sensoren und auch zumindest ein Drehpositionssensor der Drehvorrichtung mit der Steuerung des Koordinatenmessgeräts verbunden, sodass die Messwerte der Sensoren und auch des zumindest einen Drehpositionssensors von der Steuerung erfasst und einander zugeordnet werden können. Jeder vermessenen Drehposition entspricht zumindest ein Messwert eines der Sensoren. Umgekehrt ist jeder der Messwerte der Sensoren einer Drehposition zugeordnet.
• Zur Bestimmung von Bewegungsfehlern einer Bewegungsvorrichtung zur Bewegung entlang einer Linearachse (zum Beispiel entlang einer der Koordinatenachsen des oben erwähnten kartesischen Koordinatensystems) kann entsprechend vorgegangen werden. Zum Beispiel wird an dem zweiten Teil, das relativ zu dem ersten Teil geradlinig beweglich ist, ein Kalibrierkörper angeordnet, der sich mit dem zweiten Teil bewegt. Dabei werden die Bewegungsfehler mit einer Mehrzahl von Sensoren gemessen, die an dem ersten Teil befestigt sind. Ähnlich wie in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2013 216 093 A1 beschrieben kann nun ein günstiger Messort für den zumindest einen Messsensor ermittelt werden, der die Position und/oder die Bewegung des zweiten Teils relativ zu dem ersten Teil misst.
• Im Folgenden werden Beispiele für Messanordnungen erläutert, die die Drehposition oder Drehbewegung einer Drehvorrichtung messen. Z.B. kann die Messanordnung in die Drehvorrichtung integriert sein, sodass die Messanordnung vollständig von Bauteilen der Drehvorrichtung umschlossen ist und so vor äußeren Einflüssen geschützt ist (siehe 3).
• Die Draufsicht einer Messanordnung in 2 zeigt eine Maßverkörperung 75, die einen Inkrementalmaßstab mit einer Vielzahl von strichförmigen Markierungen 82 aufweist, die sich in dem Ausführungsbeispiel in radialer Richtung zu einer Drehachse D der Drehvorrichtung erstrecken, d.h. senkrecht zur Drehachse D. Alternativ können sich die Markierungen am Außenumfang eines im Querschnitt kreisförmigen Körpers oder am Innenumfang eines Körpers mit kreisförmiger Aussparung befinden. Idealerweise ist der Winkelabstand der strichförmigen Markierungen 82 konstant, z.B. bei 360 Markierungen würde der Winkelabstand daher 1° betragen. Eine derartige Anordnung von strichförmigen Markierungen einer Maßverkörperung kann auch als Teilkreisscheibe bezeichnet werden.
• 2 zeigt ferner eine X- Achse und eine Y- Achse eines Koordinatensystems, wobei die X-Achse und die Y-Achse senkrecht zueinander und jeweils senkrecht zu der Drehachse D verlaufen. Ferner ist ein optischer Messsensor 74 dargestellt, der in axialer Richtung der Drehachse D oberhalb der Teilkreisscheibe, das heißt in Blickrichtung der 2 vor der Teilkreisscheibe, angeordnet ist. In der Praxis kann mehr als ein solcher Sensor vorhanden sein. Der optische Erfassungsbereich des Messsensors 74 enthält eine oder mehrere der strichförmigen Markierungen 82 gleichzeitig. Der Erfassungsbereich ist insbesondere der Bereich mit etwa fünf Markierungen 82, die unmittelbar unterhalb des rechteckigen Bereichs liegen, der in 2 den Messsensor 74 darstellt. Mit der Drehbewegung der Drehvorrichtung durchlaufen die Markierungen 82 nacheinander den Erfassungsbereich. Ein erster Teil der Drehvorrichtung trägt die Teilkreisscheibe, während der Messsensor 74 an einem zweiten Teil der Drehvorrichtung angeordnet ist. Der erste und der zweite Teil der Drehvorrichtung sind relativ zueinander um die Drehachse D drehbar.
• Es sind auch andere Gestaltungen von Maßverkörperungen möglich, insbesondere mit magnetischen Markierungen. In diesem Fall erfasst der Messsensor nicht auf optische Weise strichförmige Markierungen, sondern das Magnetfeld, das sich aufgrund des Passierens von magnetischen Markierungen ändert.
• 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Drehvorrichtung (z. B. den Drehtisch 217 aus 1) mit integrierter Messanordnung. Dabei handelt es sich um eine besonders niedrig bauende Ausführungsform, d.h. die Erstreckung entlang der Drehachse R ist besonders klein. Die Teilkreisscheibe 75 des Messsystems, bei der es sich zum Beispiel um die Teilkreisscheibe gemäß 2 handeln kann, ist an dem unteren Ende eines stabförmigen Trägers 73 des Rotors 51 (erster Teil der Drehvorrichtung) angeordnet. Der Rotor 51 ist über ein Drehlager 44, bei dem es sich um ein Ringlager handelt, mit dem Stator 53 (zweiter Teil der Drehvorrichtung) drehbar gekoppelt. Von dem Stator 53 aus gesehen radial nach innen Richtung Drehachse R, d.h. in einem Innenraum des Stators 53, sind zwei bezüglich der Drehachse R einander gegenüberliegende Messsensoren 74a, 74b angeordnet. Der Stator 53 steht z. B. auf dem Messtisch des Koordinatenmessgeräts in 1.
• Die Darstellung in 3 ist schematisch zu verstehen, da die Abmessungen der Bestandteile in der Praxis anders ausgestaltet sein können. Außerdem sind weitere Bestandteile, wie z.B. Anschlussleitungen der Messsensoren 74, in 3 nicht dargestellt.
• Die Messsensoren 74 werden in dem Ausführungsbeispiel der 3 von einer gemeinsamen ringförmigen Halterung 72 gehalten, deren Symmetrieachse koaxial zu der Drehachse R angeordnet ist. Die Halterung 72 wiederum wird durch eine ebenfalls ringförmige Basis 71 getragen, deren Symmetrieachse ebenfalls koaxial zu der Drehachse R verläuft.
• Eine derartige Anordnung einer ringförmigen Basis und einer ringförmigen Halterung mit Symmetrieachsen koaxial zur Drehachse der Bewegungsvorrichtung können auch bei anderen Ausgestaltungen der Drehvorrichtung vorkommen. Dabei kann der zumindest eine von der Halterung gehaltene Messsensor in einer Richtung parallel zur Drehachse auf die Maßverkörperung ausgerichtet sein, kann aber alternativ z.B. in radialer Richtung der Drehachse auf eine Maßverkörperung ausgerichtet sein, die z.B. am Außenumfang eines Körpers mit zylindrischer Außenoberfläche angeordnet ist.
• Im Fall der Ausführungsform von 3 wird die ringförmige Halterung 72 ausschließlich durch Magnetkräfte an der ringförmigen Basis 71 gehalten und somit von der Basis 71 getragen. Gleichzeitig fixieren die Magnetkräfte die Halterung 72 in der eingestellten Drehstellung der Halterung 72 bezüglich der Drehachse R. Durch Drehung der Halterung 72 um die Drehachse R kann diese Drehstellung und damit auch die Halteposition des zumindest einen Messsensors 74 verändert und dadurch eingestellt werden.
• Anders als in 3 dargestellt kann die Drehvorrichtung nicht zwei bezüglich der Drehachse R einander gegenüberliegend angeordnete Messsensoren 74a, 74b aufweisen. Vielmehr kann auch lediglich einer der Messsensoren 74 vorhanden sein oder es können weitere oder andere Messsensoren, z.B. zusätzlich zu dem Messsensor 74a, vorhanden sein. Vorzugsweise werden weitere Messsensoren ebenfalls von der gemeinsamen Halterung 72 gehalten. Bei einer weiteren Variante haben verschiedene von der Basis getragene Messsensoren keine gemeinsame Halterung, sondern jeweils eine separate Halterung. Dies ermöglicht es, die Messsensoren einzeln an beliebigen Winkelpositionen um die Drehachse R anzuordnen.
• Bei der in 3 dargestellten Bauweise einer Drehvorrichtung ist es möglich, den Bewegungsfehler der Drehvorrichtung zu messen, indem auf dem Rotor 51 ein Kalibrierkörper angeordnet wird und in verschiedenen Drehpositionen Abweichungen von der idealen Position des Kalibrierkörpers gemessen werden. Dabei hat die Bauweise den Vorteil, dass die Maßverkörperung der Messanordnung (hier: die Teilkreisscheibe 75) mit dem Rotor 51 verbunden ist, jedoch nach unten ragt. Es kann daher für den zumindest einen Messsensor ein günstiger Messort unterhalb des Drehlagers 44 ermittelt werden, obwohl der Bewegungsfehler lediglich oberhalb des Drehlagers 44 gemessen wird.
• In 4 ist ein erstes Teil 100 dargestellt, das um eine Drehachse R drehbar gelagert ist. Mit einem nicht oder nicht vollständig in 4 dargestellten zweiten Teil, das relativ zu dem ersten Teil 100 um die Drehachse R drehbar ist, sind eine Basis 101, eine Halterung 102 und ein von der Halterung 102 gehaltener Messsensor 104 verbunden. Die Basis 101 kann ein Bereich des zweiten Teils sein oder, z.B. wie es bei der in 3 dargestellten Drehvorrichtung der Fall ist, zusätzlich zu dem zweiten Teil vorhanden sein und mit diesem verbunden sein. Die Basis ist aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt. Dies ist durch die von links oben nach rechts unten verlaufenden Schraffurlinien angedeutet.
• Die Halterung 102 ist in 4 in einem geringen Abstand zu der nach oben weisenden Oberfläche der Basis 101 dargestellt. Dieser Abstand kann z.B. durch einen in 4 nicht dargestellten Abstandshalter als Mindest-Abstand gewährleistet sein. Es ist aber auch möglich, dass die zu der Basis 101 weisende Oberfläche der Halterung 102 vollflächig an der Oberfläche der Basis 101 anliegt, wenn sich die Halterung 102 in der gewünschten Halteposition befindet.
• Die Halterung 102 weist einen Bereich 105 aus magnetischem oder magnetisierbarem Material auf. Dies ist durch von rechts oben nach links unten verlaufende Schraffurlinien angedeutet. Insbesondere besteht dieser Bereich 105 aus magnetischem Material, während die Basis 101 aus magnetisierbarem Material besteht. Gelangt der magnetische Bereich 105 in die Nähe der Basis 101, wird das magnetisierbare Material der Basis 101 magnetisiert, sodass sich auch dort ein magnetischer Pol ausbildet. Im Ergebnis werden der magnetische Bereich 105 und damit die Halterung 102 durch Magnetkräfte an der Basis 101 fixiert.
• Bevorzugtermaßen weist die Halterung 102 einen ringförmigen Bereich 106 auf, der sich um den Bereich 105 herum erstreckt, oder zwei Bereiche 106 auf, die die Drehachse R umlaufen und dabei den Bereich 105 zwischen sich einschließen. In dem Längsschnitt von 4 sind rechts und links von dem Bereich 105 dargestellte Teile des ringförmigen Bereichs 106 bzw. die zwei Bereiche 106 erkennbar. Der Bereich 106 oder die Bereiche 106 ist/sind aus einem nicht magnetischen Material oder einem nahezu nicht magnetischen Material, wie z.B. Messing, gefertigt. Daher werden die Magnetfeldlinien innerhalb des Bereichs 105 entlang der Längserstreckung des Bereichs 106 oder der Bereiche 106 geführt und innerhalb des Bereichs 105 gebündelt. Vorzugsweise erstreckt sich dabei der Bereich 106 oder erstrecken sich die Bereiche 106 bis zu der Oberfläche der Halterung 102, die der Basis 101 zugewandt ist. Dadurch sind die Magnetfeldlinien in dem Bereich 105 an der Oberfläche der Halterung 102 gebündelt und bilden ein starkes, homogenes Magnetfeld für die Fixierung der Halterung 102 an der Basis 101.
• Ein weiteres optionales Merkmal der in 4 dargestellten Ausführungsform der Halterung 102 stellt ein Materialbereich 107 aus magnetisierbarem Material dar, welches eine größere magnetische Suszeptibilität als das Material in dem Bereich 105 aufweist. In dem Materialbereich 107 werden die Magnetfeldlinien daher ebenfalls gebündelt, aber auch in die Richtung quer zu der Anpressrichtung der Halterung 102 an die Oberfläche der Basis 101 umgelenkt. Ausgehend von der Kontaktfläche zwischen der Basis 101 und der Halterung 102 oder ausgehend von einem Punkt an der Oberfläche der Basis 101, der der Halterung 102 am nächsten liegt, erstrecken sich die Magnetfeldlinien bezogen auf die Darstellung in 4 zunächst senkrecht nach oben durch den Bereich 105, treten in den Materialbereich 107 ein, werden in diesem nach rechts und links umgelenkt und verlaufen nicht mehr gebündelt außerhalb des Materialbereichs 107 zurück in dies Basis 101. Im Ergebnis ist der Ortsbereich, in dem sich der Messsensor 104 an der Oberseite der Halterung 102 befindet, nahezu frei von dem Magnetfeld, das die Halterung 102 an der Basis 101 hält.
• Der Messsensor 104 ist auf den um die Drehachse R verlaufenden Außenumfang des ersten Teils 100 gerichtet. An diesem Außenumfang befindet sich die Maßverkörperung 109, z.B. ein ringförmiger Inkrementalmaßstab. Der Messsensor 104 ist z.B. ein optischer Sensor, der die parallel zur Drehachse R verlaufenden strichförmigen Markierungen des Inkrementalmaßstabes detektiert und z.B. ein entsprechendes Impulssignal erzeugt, wenn sich eine der Markierungen an dem Erfassungsbereich des Messsensors 104 vorbeibewegt. Durch einen spitz zulaufenden Bereich des Messsensors 104 ist in 4 angedeutet, wo sich der Erfassungsbereich des Messsensors 104 befinden kann. Alternativ zu einem Messsensor mit einer optischen Erfassung der Bewegung des ersten Teils kann z.B. ein Messsensor mit einer magnetischen Erfassung der Drehbewegung des ersten Teils vorgesehen sein.
• Der rechts von der Drehachse R liegende Teil der Darstellung in 4 illustriert auch ein mögliche Anordnung des ersten Teils und des relativ zu dem ersten Teil beweglichen zweiten Teils, wobei die Relativbewegung geradlinig in einer Richtung senkrecht zur Figurenebene der 4 stattfindet. Z.B. könnte sich das erste Teil bewegen oder das zweite Teil mit der Basis 101, der Halterung 102 und dem Messsensor 104 bewegen (oder beide Teile). Ähnliches gilt für die im Folgenden beschriebene Darstellung in 5. Die dort rechts von der Drehachse R dargestellten Teile und Elemente könnten relativ zueinander in der geradlinig senkrecht zur Figurenebene verlaufenden Richtung beweglich sein.
• Die in 5 dargestellte Anordnung weist ein erstes Teil 150 auf sowie eine Basis 151, die mit einem zweiten Teil verbunden ist oder Bestandteil des zweiten Teils ist. Das erste Teil 150 und das zweite Teil mit der Basis 151 sind relativ zueinander um die Drehachse R (links in 5) drehbar. An der der Basis 151 zugewandten Seite des ersten Teils 150 ist eine Maßverkörperung 159 angeordnet, auf die der an der Basis 151 fixierte Messsensor 154 gerichtet ist. Die Maßverkörperung 159 und der Messsensor 154 ermöglichen die Messung der relativen Position und/oder relativen Bewegung des ersten und zweiten Teils.
• Der Messsensor 154 wird von einer Halterung 152 gehalten, welche durch Magnetkräfte an der Basis 151 gehalten wird und dadurch den Messsensor 154 an der Basis 151 fixiert. Die Basis 151 weist einen Bereich 155 aus magnetischem oder magnetisierbarem Material auf, der mit magnetischem oder magnetisierbarem Material der Halterung 152 derart zusammenwirkt, dass die Magnetkräfte die Halterung 152 an die Basis 151 anpressen.
• Die Anordnung gemäß 5 kann auch umgekehrt ausgeführt werden, d.h. der erste Teil mit der Maßverkörperung ist oberhalb des zweiten Teils mit der Basis angeordnet. Eine solche Anordnung ergibt sich, wenn 5 auf den Kopf gestellt betrachtet wird.
• Bei der Anordnung aus der Basis 101 und der Halterung 102 mit dem Messsensor 104 in 4 und bei der Anordnung des Bereiches 155 mit der Halterung 152 und dem Messsensor 154 in 5 kann es sich jeweils um eine ringförmige Anordnung handeln, d.h. sowohl die Basis 101 bzw. die Basis 151 (und optional auch der Bereich 155) als auch die Halterung 102 bzw. die Halterung 152 können ringförmig ausgestaltet sein und sich um die Drehachse R herumerstrecken, entweder als Ringsegment oder als in sich geschlossen umlaufender Ring. Wieder alternativ kann lediglich die Halterung 102 bzw. Die Halterung 152 ringförmig ausgestaltet sein, nicht aber die Basis 101 oder der magnetische oder magnetisierbare Bereich 155. Auf Merkmale einer ringförmigen Halterung bzw. einer ringförmigen Basis wird noch anhand von 8 bzw. 10 eingegangen. Diese Merkmale können auch bei der Halterung 102 aus 4 bzw. der Halterung 152 aus 5 sowie bei der Basis 101 aus 4 und dem Bereich 155 der Basis 151 aus 5 vorgesehen sein.
• Die in Draufsicht in 6 dargestellte Halterung 182 weist einen polygonalen Außenumriss auf und ist plattenförmig ausgestaltet. Abweichend von der sechseckigen polygonalen Umrisslinie können andere Gestaltungen einer plattenförmigen Halterung gewählt werden, z.B. mit abgerundeten Ecken.
• Die Halterung 182 hält einen Messsensor 184. Ferner weist die Halterung 182 drei vorzugsweise an den Ecken eines gedachten gleichseitigen Dreiecks angeordnete Durchgangs-Gewindebohrungen 186a, 186b, 186c auf.
• Wie 7 anhand der Gewindebohrung 186b zeigt, kann in jede der Gewindebohrungen 186 eine Schraube 188 eingeschraubt sein, sodass die Schrauben 188 als Abstandshalter zur Gewährleistung eines Mindest-Abstandes zu der Oberfläche einer Basis 181 dienen. Durch Verdrehen der Schrauben 188 wird der Mindest-Abstand eingestellt. Wenn die Halterung 182 durch Magnetkräfte an die Basis 181 angepresst wird, können daher durch Einstellen des Mindest-Abstandes die maximal möglichen, in dem eingestellten Mindest-Abstand wirkenden Magnetkräfte eingestellt werden. Durch Vergrößerung des Mindest-Abstandes können daher die Magnetkräfte verringert werden, sodass ein vollständiges Entfernen der Halterung von der Basis erleichtert wird und/oder die Halterung in eine andere Position relativ zu der Basis gebracht werden kann. Im Fall der 7 kann z.B. bei vergrößertem Mindest-Abstand die Halterung 182 senkrecht zur Figurenebene verschoben werden. Bei anderen Ausgestaltungen einer Abstandseinrichtung mit Schrauben als Abstandshalter, kann eine andere Anzahl von Schrauben und Gewindebohrungen vorhanden sein. Das Prinzip des Abdrückens und Gewährleisten des Mindest-Abstands ist jedoch das gleiche.
• Insbesondere, nicht nur bezogen auf das Ausführungsbeispiel der 7, kann die Halterung Gewindebohrungen aufweisen, die sowohl für die Befestigung des Messsensors an der Halterung als auch für die Abstandseinstellung genutzt werden. Zum Beispiel wird der Messsensor mit zwei Schrauben an der Halterung befestigt, indem die zwei Schrauben jeweils in eine Gewindebohrung ein geschraubt werden. Dieselben Schrauben können auf den oder die Abstandshalter einwirken. Durch Verdrehung der Schrauben wird der Abstand zur Basis eingestellt, wobei die Schrauben den Messsensor in den verschiedenen möglichen Drehstellungen, die unterschiedlichen Abständen entsprechen, jeweils an der Halterung befestigen.
• Zum Beispiel kann ein Blattfeder-Stapel zwischen der Halterung und der Basis angeordnet sein, z. B. zwischen dem Messsensor und dem Schraubenkopf einer oder mehrerer Schrauben. In diesem Fall ist eine Einstellung der Ausrichtung des Messsensors relativ zu der Basis und damit relativ zu der Maßverkörperung möglich, insbesondere mittels einer einzigen Justierschraube oder einer Mehrzahl von Justierschrauben. Durch Drehen der einzigen Justierschraube oder zumindest einer der Justierschrauben kann dann die Ausrichtung des Messsensors eingestellt werden. Die zumindest eine Justierschaube kann eine weitere Funktion haben, z. B. als Abstandshalter diesen und/oder als Befestigungsschraube zur Befestigung des Messsensors an der Halterung.
• 8 zeigt eine ringförmige Halterung 32, die sich um die Drehachse R der Anordnung herumerstreckt. Insbesondere kann auch die dargestellte Basis 31 ringförmig bezüglich der Drehachse R ausgestaltet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die beiden rechts und links in 8 dargestellten Bereiche der Basis 31 separate Bereiche sind, die sich nicht ringförmig um die Drehachse R erstrecken.
• Die ringförmige Halterung 32 bildet an der der Basis 31 zugewandten Seite eine ringförmige, sich um die Drehachse R herum erstreckende Nut 39 aus, in die ein vorspringender Bereich 38 der Basis 31 eingreift. Der in 8 dargestellte Abstand zwischen dem vorspringenden Bereich 38 und dem Grund der Nut 39 kann durch eine nicht dargestellte Abstandseinrichtung gewährleistet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstand beim Betrieb der Messanordnung (der zumindest eine Messsensor ist in 8 nicht dargestellt und befindet sich z.B. an der Oberseite der ringförmigen Halterung 32) null werden, d.h. der vorspringenden Bereich 38 liegt an dem Nutengrund an. Die ringförmige Halterung 32 ist aufgrund von Magnetkräften an der Basis 31 fixiert. Die Magnetkräfte werden durch Wechselwirkung eines magnetischen oder magnetisierbaren Bereichs 37 der Halterung 32 mit einem magnetischen oder magnetisierbaren Bereich 35 im vorspringenden Bereich 38 der Basis 31 erzeugt.
• Nicht nur bei der in 8 dargestellten Anordnung, sondern z.B. auch bei nicht zwangsläufig ringförmigen Gestaltungen wie in 4 und 5 muss die Anordnung der magnetisch miteinander wechselwirkenden Bereiche der Basis einerseits und der Halterung andererseits nicht wie dargestellt sein. In der Darstellung wirken die Magnetkräfte in der axialen Richtung, die parallel zur Drehachse R verläuft, anziehend. Diese magnetisch miteinander wechselwirkenden Bereiche können alternativ in radialer Richtung hintereinander angeordnet sein, sodass die Magnetkräfte in radialer Richtung anziehend wirken. Z.B. kann sich bei der Anordnung in 4 die Basis radial innenseitig oder radial außenseitig der Halterung befinden.
• Im Fall einer Bewegungsvorrichtung mit Beweglichkeit in Richtung einer Linearachse können die magnetisch miteinander wechselwirkenden Bereiche der Basis einerseits und der Halterung des Messsensors andererseits in jeder Richtung hintereinander angeordnet sein, die quer zur Richtung der Linearachse verläuft.
• Um auf die Anordnung in 8 zurückzukommen, kann bei einer Variante die ringförmige Halterung 31 den vorspringenden Bereich 38 bilden, der in eine Nut 39 der ringförmigen Basis eingreift, wenn die Halterung während des Messbetriebes der Messanordnung an der Basis fixiert ist.
• Es sind dabei folgende Ausgestaltungen möglich: Der vorspringende Bereich 38 kann ebenfalls ringförmig, die Drehachse R umlaufend ausgestaltet sein. Alternativ kann eine Mehrzahl der vorspringenden Bereiche 38 als Nutensteine vorhanden sein. Es ist sogar auch möglich, dass die Halterung nicht ringförmig ausgestaltet ist. Die ringförmige Nut 39 ermöglicht dennoch eine Einstellung der gewünschten Halteposition auf einfache Weise, indem die Halterung 31 mit dem vorspringenden Bereich 38 innerhalb der Nut 39 um die Drehachse R verschoben wird oder indem die Halterung 31 mit dem vorspringenden Bereich 38 aus der Nut 39 entnommen wird und an einer anderen gewünschten Halteposition wieder in die Nut 39 eingebracht wird. Eine nicht ringförmige Halterung hat z.B. den Vorteil, dass vorübergehend mehrere der Halterungen, die jeweils einen Messsensor halten, in eine Halteposition gebracht werden können. Dann kann ein Messbetrieb mit mehreren z.B. redundanten Messsensoren stattfinden und zumindest ein Teil der Messsensoren kann danach wieder entfernt werden.
• Die Ausgestaltung in 9 zeigt eine Halterung 32, die z.B. die ringförmige Halterung 32 aus 8 sein kann, wobei die oben in 8 liegende Oberseite in 9 dargestellt ist. In jedem Fall wird von der ringförmigen Halterung 32 in 9 an zwei bezüglich der Drehachse einander gegenüberliegenden Positionen jeweils ein Messsensor 34a, 34b gehalten, wobei die Messsensoren 34 z.B. jeweils über zwei Schrauben 30 an der ringförmigen Halterung 32 festgeschraubt sind. Die Drehachse durchstößt den Kreuzungspunkt M der beiden in 9 dargestellten strichpunktierten Linien und verläuft senkrecht zur Figurenebene.
• Die ringförmige Halterung 32 weist ferner eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 36a, 36b, 36c, 36d auf, von denen z.B. zwei Durchgangsöffnungen 36a, 36b, die z. B. bezüglich der Drehachse einander gegenüberliegen, Gewindebohrungen darstellen, die für Abdrückschrauben in der Art verwendet werden, die anhand von 7 erläutert wurde. Die anderen beiden Durchgangsöffnungen 36c, 36d werden z.B. zum Hindurchstecken eines Werkzeuges bei der Montage der Gesamtanordnung verwendet.
• Insbesondere wenn (wie bei einer Ausgestaltung der in 8 dargestellten Anordnung) sowohl die Basis als auch die Halterung ringförmig sind, eignet sich die Anordnung gut für die Halterung und Fixierung von zumindest zwei Messsensoren, wobei die Relativposition und/oder der Abstand der Messsensoren fest vorgegeben sein kann, insbesondere auch durch die Gestaltung der Halterung fest vorgegeben sein kann. Z.B. ist dies bei der in 9 dargestellten Anordnung mit zwei Messsensoren 34 der Fall.
• Die Position für die Messsensoren 34 ist z.B. durch Gewindebohrungen für die Schrauben 30 fest vorgegeben. Wie erwähnt muss aber die zugehörige Basis, an der die Halterung fixiert wird, nicht unbedingt ringförmig sein.
• Anders als in 8 dargestellt, kann die Fixierung der Halterung an der Basis alternativ oder zusätzlich zu einer Fixierung durch Magnetkräfte auf andere Weise realisiert werden, z.B. durch Unterdruck und/oder auf mechanische Weise. Z.B. kann ein Nutenstein in der ringförmigen Nut 39 durch Spreizung seiner Außenoberflächen mechanisch an die Ränder der Nut angepresst werden, sodass der Nutenstein kraftschlüssig fixiert wird.
• Im Fall der bezüglich der Drehachse einander gegenüberliegend angeordnet Messsensoren (wie z.B. die Messsensoren 34 in 9) kann durch Einstellung der Drehstellung der ringförmigen Halterung bezüglich der Drehachse und durch Fixierung der Halterung an der Basis in dieser Drehstellung wie oben beschrieben eine günstige Halteposition für die einander gegenüberliegenden Messsensoren eingestellt werden.
• Die Draufsicht in 10 auf einen ringförmigen Gegenstand 42 zeigt einen Messsensor 44 mit einer Anschlussleitung 48. Damit die Anschlussleitung 48 nicht störend verläuft, ist die Anschlussleitung 48 mittels einer Mehrzahl (hier: drei) Leitungshaltern 49 an der Oberfläche des ringförmigen Gegenstandes 42 gehalten. Insbesondere kann jeder der Leitungshalter 49 ein magnetisches oder magnetisierbares Material aufweisen und durch Magnetkräfte an dem ebenfalls magnetischen oder magnetisierbaren Gegenstand 42 gehalten werden. Bei dem Gegenstand 42 kann es sich um eine Ausgestaltung der Halterung oder der Basis handeln. Im Fall der Basis ist der Messsensor durch eine nicht dargestellte Halterung vorzugsweise durch Magnetkräfte an der Basis fixiert.
• Eine besondere Ausgestaltung eines der Leitungshalter 49 ist aus 11 erkennbar. Der Leitungshalter 49 weist ein Gehäuse 50 auf, in dem ein Magnet 46 aufgenommen ist. Als optionales Merkmal kann ferner das Gehäuse 50 einen oder mehrere Schlitze aufweisen, durch das/die sich ein Haltemittel zum Halten der Anschlussleitung 48 erstreckt. In dem in 11 dargestellten Fall sind zwei solcher Schlitze vorgesehen, an denen ein ringförmiges Haltemittel 47 durch den einen Schlitz in das Gehäuse 50 hinein und durch den anderen Schlitz aus dem Gehäuse 50 wieder herausgeführt ist. Entweder wird die Anschlussleitung durch das ringförmige Haltemittel 47 hindurchgeführt oder, bevorzugter Maßen, ist das ringförmige Haltemittel 47 ein Kabelbinder, der um den Außenumfang der Anschlussleitung 48 herumgeführt und geschlossen wird. Insbesondere kann es sich um einen Kabelbinder handeln, der in an sich bekannter Weise einen Verschluss aufweist, welcher ein Festspannen des Kabelbinders an dem Gehäuse und damit ein Halten der Anschlussleitung durch Klemmwirkung ermöglicht.
• Der Magnet 46 in dem Gehäuse 50 steht in Wechselwirkung mit dem magnetischen oder magnetisierbaren Material des ringförmigen Gegenstandes 42. Z.B. ist das Material des ringförmigen Gegenstandes 42 ferromagnetisch.
• 12 zeigt einen zusätzlichen Mantel 61 für die Anschlussleitung 48 eines Messsensors. Der Mantel 61 ist vorzugsweise aus einem magnetischen Kunststoff gefertigt, z.B. aus einem Kunststoff, in dem ein magnetisches oder magnetisierbares Material (z.B. in Pulverform) gebunden ist. Zum Einbringen in elastische Kunststoffe eignen sich z.B. Pulver aus Hartferrit oder aus seltenen Erden.
• Vorzugsweise ist der zusätzliche Mantel 61 aus einem elastischen Material gefertigt und weist einen Schlitz 62 auf, der sich in Längsrichtung der Anschlussleitung 48 erstreckt, wenn diese in dem Mantel 61 aufgenommen ist. Die Anschlussleitung 48 wird in den Mantel 61 eingebracht, indem der Mantel 61 entgegen seiner elastischen Rückstellkräfte elastisch verformt wird, bis der Schlitz 62 soweit erweitert ist, dass die Anschlussleitung 61 in den Aufnahmeraum 63 des Mantels 61 eingebracht werden kann. Aufgrund der elastischen Rückstellkräfte schließt sich der Schlitz 62 wieder ganz oder teilweise und die Anschlussleitung 48 wird in dem Aufnahmeraum 63 gehalten.
• Wie in 12 dargestellt weist der Mantel 61 zumindest eine ebene oder komplementär zu der Oberflächenform der Halterung geformte Oberfläche auf, sodass die ebene Oberfläche (auf einer entsprechenden ebenen Oberfläche der Halterung) oder die komplementär geformte Oberfläche des Mantels 61 auf der Oberfläche der Halterung vollflächig anliegen kann und dabei von den Magnetkräften fixiert wird, die zwischen der Halterung und dem magnetischen oder magnetisierbaren Material des Mantels 61 wirken.
• Da der Mantel 61 lediglich eine Oberfläche als Anlagefläche zu der Oberfläche der Halterung benötigt, kann der Mantel eine andere Querschnittsform haben als in 12 dargestellt. Z.B. kann der Mantel oben eine runde Oberfläche haben. Die in 12 dargestellte, im Wesentlichen (mit Ausnahme des Schlitzes 62) quadratische Querschnittsform ist daher nicht zwingend erforderlich.
• Generell, nicht nur in Bezug auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen, müssen die Magnetkräfte, die die Halterung an der Basis halten, nicht ausschließlich durch die Materialien der Basis einerseits und der Halterung andererseits aufgebracht werden. Vielmehr kann z.B. zusätzlich ein Elektromagnet vorgesehen sein und/oder es kann zumindest ein zusätzlicher Körper aus magnetischem Material vorgesehen sein. Dadurch lassen sich die Magnetkräfte an dem Ort, an dem die Halterung an der Basis fixiert werden soll, verstärken.
• Alternativ zu dem anhand von 12 erläuterten Mantel kann zur Befestigung der Anschlussleitung eines Messsensors an der Halterung, insbesondere an einer ringförmigen Halterung, eine Umhüllung vorgesehen sein, die über die Anschlussleitung gezogen wird, sodass sie zumindest einen Abschnitt der Anschlussleitung um dessen Umfang geschlossen umlaufend umhüllt. Z.B. kann die Umhüllung an ihrer Außenoberfläche als Teil eines Klettverschlusses ausgeführt sein, wobei der andere Teil des Klettverschlusses an der Oberfläche der Halterung befestigt ist, z.B. am Rand der Halterung, insbesondere am außenliegenden Rand der Oberfläche einer ringförmigen Halterung.
• 13 zeigt einen Teilabschnitt eines ersten Teils 301, wobei das erste Teil 301 sich nach rechts und/oder nach links weiter erstrecken kann, als es in 13 dargestellt ist. Ein zweites Teil 304 ist in horizontaler Richtung der 13 (die z.B. in der Praxis ebenfalls eine horizontale Richtung oder auch eine andere Richtung ist) geradlinig beweglich an dem ersten Teil 301 gelagert.
• Oben an der in 13 erkennbaren Vorderseite des ersten Teils 301 ist ein Inkrementalmaßstab 206 als Maßverkörperung vorgesehen. Die in der Figur vertikal verlaufenden Markierungen mit konstanten Abständen zueinander sind erkennbar. Im mittleren Teil der 13 jedoch sind diese Markierungen und auch die Oberkante des ersten Teils 301 durch gestrichelte Linien dargestellt, da das zweite Teil 304 diesen Bereich in Blickrichtung abdeckt.
• Das zweite Teil 304 weist eine Basis 311 auf, die an ihrer Unterseite eine Halterung 312 trägt, welche wiederum einen Messsensor 314 hält. Die Halterung 312 kann in der Bewegungsrichtung der Relativbewegung zwischen dem ersten Teil 301 und dem zweiten Teil 304 verschoben werden und in der gewünschten Halteposition bezüglich der Basis 311 fixiert werden, z.B. durch Magnetkräfte ähnlich der Anordnung in 4 und 5. Auf diese Weise kann der Messsensor 314 in eine günstige Halteposition gebracht werden. In jeder möglichen Halteposition ist der Messsensor 314 in der Lage, bei Relativbewegung des ersten Teils 301 und des zweiten Teils 304 die relative Bewegung der Teile 301, 304 zu messen, z.B. indem jeweils dann ein Impulssignal erzeugt wird, wenn eine der strichförmigen Markierungen des Inkrementalmaßstabes 206 den Erfassungsbereich des Messsensors 314 passiert.
• Bei einer Variante der in 13 dargestellten Anordnung erstreckt sich die Basis nicht entlang dem Inkrementalmaßstab und somit nicht entlang der Bewegungsrichtung, sondern in einer Richtung quer zur Bewegungsrichtung. Dementsprechend kann die Halterung in der Richtung quer zur Bewegungsrichtung in verschiedenen Haltepositionen entlang der Basis positioniert werden und durch Magnetkräfte an der Basis gehalten werden. Vorzugsweise wird dann eine Halteposition eingestellt, in der sich rotatorische und translatorische Bewegungsfehler kompensieren. Dabei kann die Position des Inkrementalmaßstabes ebenfalls in der Richtung quer zur Bewegungsrichtung eingestellt werden, sodass der von der Halterung gehaltene Messsensor durch Ablesen des Inkrementalmaßstabes Signale zur Bestimmung der jeweiligen Position in der Bewegungsrichtung erzeugen kann.

Claims (14)

1. Messanordnung zum Messen einer relativen Position und/oder einer relativen Bewegung eines ersten Teils (51; 100; 150; 301) und eines relativ zu dem ersten Teil beweglichen zweiten Teils (53; 304), wobei die Messanordnung aufweist: • eine Maßverkörperung (75; 109; 159; 206), die an dem ersten Teil (51; 100; 150; 301) ausgebildet ist oder die mit dem ersten Teil (51; 100; 150; 301) verbindbar ist, • zumindest einen Messsensor (34; 74; 104; 154; 184; 314), der an dem zweiten Teil (53; 304) derart angeordnet oder anordenbar ist, dass während eines Betriebes der Messanordnung Messsignale des Messsensors (34; 74; 104; 154; 184; 314) Informationen über eine Position und/oder eine Bewegung des Messsensors (34; 74; 104; 154; 184; 314) relativ zu der Maßverkörperung (75; 109; 159; 206) enthalten und damit eine Bestimmung der relativen Position und/oder der relativen Bewegung des ersten Teils (51; 100; 150; 301) und des zweiten Teils (53; 304) ermöglichen, • eine Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312), die zum Halten des Messsensors (34; 74; 104; 154; 184; 314) mit dem Messsensor (34; 74; 104; 154; 184; 314) verbunden ist oder Teil des Messsensors ist, und • eine Basis (31; 71; 101; 151) zum Fixieren der Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) mit dem von der Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) gehaltenen Messsensor (34; 74; 104; 154; 184; 314), wobei die Basis (31; 71; 101; 151) während des Betriebes der Messanordnung an dem zweiten Teil befestigt ist, wobei • die Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) durch Magnetkräfte in einer Anpressrichtung an die Basis (31; 71; 101; 151) angepresst wird, • die Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) wahlweise in verschiedenen Haltepositionen an der Basis (31; 71; 101; 151) positionierbar ist, sodass die Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) in der jeweiligen Halteposition an der Basis (31; 71; 101; 151) fixiert wird und sodass die Halteposition und somit eine Position, die der Messsensor (34; 74; 104; 154; 184; 314) während des Betriebes der Messanordnung relativ zu dem zweiten Teil einnimmt, einstellbar ist.
2. Messanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Basis (31; 71; 101; 151) eine Anpressfläche zum Anpressen der Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) in den verschiedenen Haltepositionen aufweist, wobei sich die Anpressfläche in konstantem Abstand zu der Maßverkörperung (75; 109; 159; 206) erstreckt.
3. Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halterung (102) ein erstes Material (105), das ein magnetisches oder magnetisierbares Material mit einer ersten magnetischen Suszeptibilität ist, und ein zweites Material (106), das ein Material mit einer zweiten magnetischen Suszeptibilität ist, aufweist, wobei das erste Material (105) in Wechselwirkung mit einem magnetischen oder magnetisierbaren Material der Basis (101) zumindest einen Teil der Magnetkräfte bewirkt, die die Halterung (102) in der Anpressrichtung an die Basis (101) anpressen, wobei die zweite magnetische Suszeptibilität kleiner ist als die erste magnetische Suszeptibilität und wobei das zweite Material (106) an einander gegenüberliegenden Seiten des ersten Materials (105) angeordnet ist, sodass das erste Material (105) betrachtet in einer quer zur Anpressrichtung verlaufenden Querrichtung von dem zweiten Material (106) eingeschlossen ist.
4. Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halterung (102) ein erstes Material (105), das ein magnetisches oder magnetisierbares Material mit einer ersten magnetischen Suszeptibilität ist, und ein drittes Material (107), das ein magnetisches oder magnetisierbares Material mit einer dritten magnetischen Suszeptibilität ist, aufweist, wobei die dritte magnetische Suszeptibilität größer ist als die erste magnetische Suszeptibilität und wobei - wenn die Halterung (102) durch die Magnetkräfte an die Basis (101) angepresst ist und dadurch die Halterung (102) an der Basis (101) fixiert ist - sich das erste Material (105) näher an der Basis (101) befindet als das dritte Material (107) und sich das dritte Material (107) zwischen dem Messsensor (104) und dem ersten Material (105) befindet.
5. Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Abstandseinrichtung (186, 188), die zumindest einen Abstandshalter (188) aufweist, der einen Mindest-Abstand zwischen magnetischen oder magnetisierbaren Materialien der Basis (181) einerseits und der Halterung (182) andererseits gewährleistet, wobei die magnetischen oder magnetisierbaren Materialien zumindest einen Teil der Magnetkräfte bewirken, die die Halterung (182) in der Anpressrichtung an die Basis (181) anpressen, und wobei eine Abmessung des Abstandshalters zwischen der Basis (181) und der Halterung (182) einstellbar ist, sodass auch der Mindest-Abstand einstellbar ist.
6. Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halterung (32) Halteelemente (30) aufweist, durch die in zumindest zwei durch die Halteelemente (30) vorgegebenen Positionen der Halterung (32) jeweils ein Messsensor (34a, 34b) zur Gewinnung der Informationen über die Position und/oder die Bewegung des Messsensors relativ zu der Maßverkörperung (75) haltbar ist und/oder gehalten wird, wobei die zumindest zwei vorgegebenen Positionen in einer Richtung entlang der Maßverkörperung voneinander beabstandet sind.
7. Messanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch , wobei zum Messen einer relativen Drehposition und/oder einer relativen Drehbewegung durch den Messsensor (74a, 74b) sich die Maßverkörperung (75) über einen Verlauf eines Kreises oder eines Kreissegmentes erstreckt, die Basis (71) als Kreisring oder als Kreisringsegment ausgestaltet ist und die Halterung (72) als Kreisring oder als Kreisringsegment ausgestaltet ist.
8. Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messanordnung eine Führung (38, 39) aufweist, durch die eine mögliche Relativbewegung der Halterung (32) und der Basis (31) geführt wird, wobei durch Ausführung der Relativbewegung die Halterung (32) in die verschiedenen Haltepositionen bringbar ist.
9. Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anschlussleitung (48) des Messsensors (44) mit einem magnetischen oder magnetisierbaren Material (61) verbunden ist und/oder ein magnetisches oder magnetisierbares Material aufweist und wobei ein Abschnitt der Anschlussleitung (48) durch Magnetkräfte des magnetischen oder magnetisierbaren Materials (61) an der Halterung oder an der Basis (71) fixiert ist.
10. Koordinatenmessgerät (211), aufweisend die Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Koordinatenmessgerät (211) das erste Teil (210) und das relativ zu dem ersten Teil bewegliche zweite Teil (209) aufweist.
11. Drehvorrichtung (217; 205) zum Drehen eines Werkstücks oder einer Koordinaten-Messeinrichtung (209) in einer Anordnung zum Messen von Koordinaten des Werkstücks, wobei die Drehvorrichtung (217; 205) die Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das erste Teil (218; 210) und das zweite Teil (219; 209) aufweist, wobei das zweite Teil (219; 209) relativ zu dem ersten Teil (218; 210) um eine Drehachse der Drehvorrichtung (217; 205) drehbeweglich ist und wobei das Werkstück oder die Koordinaten-Messeinrichtung an dem ersten Teil (218; 210) oder dem zweiten Teil (219; 209) anordenbar ist.
12. Verfahren zum Betreiben einer Messanordnung, die ausgestaltet ist, eine relative Position und/oder eine relative Bewegung eines ersten Teils (51; 100; 150; 301) und eines relativ zu dem ersten Teil (51; 100; 150; 301) beweglichen zweiten Teils (53; 304) zu messen, wobei: • zumindest ein Messsensor (34; 74; 104; 154; 184; 314) der Messanordnung, der an dem zweiten Teil (53; 304) angeordnet ist, Messsignale erzeugt, die Informationen über eine Position und/oder eine Bewegung des Messsensors (34; 74; 104; 154; 184; 314) relativ zu einer Maßverkörperung (75; 109; 159; 206) enthalten, welche an dem ersten Teil (51; 100; 150; 301) ausgebildet ist oder welche mit dem ersten Teil (51; 100; 150; 301) verbunden ist, und aus den Informationen die relative Position und/oder die relative Bewegung des ersten Teils (51; 100; 150; 301) und des zweiten Teils (53; 304) bestimmt wird, wobei vor der Erzeugung der Messsignale: • der Messsensor (34; 74; 104; 154; 184; 314) mit einer Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) verbunden wird oder bereits Teil des Messsensors ist, sodass die Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) den Messsensor (34; 74; 104; 154; 184; 314) hält, • eine von mehreren verschiedenen Haltepositionen ausgewählt wird, • die Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) in der ausgewählten Halteposition positioniert wird und dort durch Magnetkräfte in einer Anpressrichtung an eine an dem zweiten Teil (53; 304) befestigte Basis (31; 71; 101; 151) oder an eine Basis des zweiten Teils angepresst wird, sodass die Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) und der von der Halterung (32; 72; 102; 152; 182; 312) gehaltene Messsensor (34; 74; 104; 154; 184; 314) in der ausgewählten Halteposition an der Basis (31; 71; 101; 151) fixiert werden.
13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei magnetische oder magnetisierbare Materialien der Basis (71) einerseits und der Halterung (72) andererseits zumindest einen Teil der Magnetkräfte bewirken, die die Halterung (72) in der Anpressrichtung an die Basis (71) anpressen, wobei die Halterung (72) in der ausgewählten Halteposition vorpositioniert wird, während eine Abstandseinrichtung (186, 188) der Messanordnung in einem ersten Betriebszustand ist, in dem zumindest ein Abstandshalter (188) der Abstandseinrichtung (168, 188) einen größeren Mindest-Abstand zwischen den magnetischen oder magnetisierbaren Materialien der Basis (71) und der Halterung (72) gewährleistet als in einem zweiten Betriebszustand der Abstandseinrichtung (186, 188), wobei die Abstandseinrichtung (186, 188) nach der Vorpositionierung der Halterung (72) in der ausgewählten Halteposition durch Einstellen einer Abmessung des zumindest einen Abstandshalters (188) zwischen der Basis (71) und der Halterung (72) in den zweiten Betriebszustand gebracht wird, in dem die Halterung (72) durch größere Magnetkräfte der magnetischen oder magnetisierbaren Materialien der Basis (71) und der Halterung (72) in der Halteposition gehalten wird als in dem ersten Betriebszustand.
14. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anschlussleitung (48) des Messsensors (44) mit einem magnetischen oder magnetisierbaren Material (61) verbunden wird und/oder ein magnetisches oder magnetisierbares Material aufweist und wobei ein Abschnitt der Anschlussleitung (48) durch Magnetkräfte des magnetischen oder magnetisierbaren Materials (61) an der Halterung oder der Basis (71) fixiert wird.

Images