DE102015106831A1

DE102015106831A1 - Luftlagerüberwachung und -einstellung

Info

Publication number: DE102015106831A1
Application number: DE102015106831.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Engel
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2016-11-03
Also published as: US10808758B2; WO2016174254A1; US20180066704A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftlageranordnung zur beweglichen Lagerung von zwei Bauteilen (4, 11) zueinander mit mindestens einem Luftlager (12), welches ein Druckluftpolster zwischen den Bauteilen ausbilden kann, wobei das Luftlager mindestens eine Druckluftversorgungsleitung (13) aufweist, über die Druckluft bereitgestellt werden kann, wobei in der Druckluftversorgungsleitung ein Durchflussmesser (15) angeordnet ist, mit dem der Durchfluss an Druckluft zum Luftlager ermittelt werden kann. Außerdem betrifft die Erfindung ein Koordinatenmessgerät mit einer entsprechenden Luftlageranordnung sowie Betriebsverfahren hierzu.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftlageranordnung mit mindestens einem Luftlager zur beweglichen Lagerung von zwei Bauteilen zueinander, welches mittels Druckluft ein Druckluftpolster zwischen den zueinander beweglichen Bauteilen ausbildet (aerostatisches Luftlager), sowie ein Koordinatenmessgerät mit einer entsprechenden Luftlageranordnung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Luftlageranordnung und zum Betrieb eines entsprechenden Koordinatenmessgeräts.
STAND DER TECHNIK
Beispielsweise ist es in der Fertigung für die Qualitätssicherung erforderlich, Werkstücke genau zu vermessen und die Dimensionen und/oder Formen der Werkstücke zu bestimmen. Dazu werden sogenannte Koordinatenmessgeräte eingesetzt, die über optische und/oder taktile Sensoren (Kontaktsensoren) Koordinaten eines zu vermessenden Werkstücks bestimmen können. Hierzu wird ein Messkopf mit einem entsprechenden Sensor dreidimensional im Raum verfahren, um das im Messraum gelagerte Werkstück zu vermessen. Ein Beispiel für ein derartiges Koordinatenmessgerät ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 229 823 A1 beschrieben.
Um mit derartigen Koordinatenmessgeräten hochpräzise Messungen durchführen zu können, müssen die beweglichen Komponenten des Koordinatenmessgeräts, die zur Bewegung des Sensors im dreidimensionalen Raum erforderlich sind, ebenfalls hochpräzise gelagert werden. Hierzu ist es beispielsweise bekannt, Luftlager einzusetzen, bei denen die zu lagernden Bauteile und insbesondere auch die beweglich zueinander zu lagernden Bauteile mit einem Luftspalt zwischen sich über ein Druckluftpolster beabstandet angeordnet sind. Ein entsprechender Luftspalt zwischen beweglich zueinander gelagerten Bauteilen kann im Bereich von wenigen Mikrometern Spaltdicke liegen.
Bei dynamischen Belastungen eines entsprechenden aerostatischen Luftlagers, bei dem Druckluft oder ein sonstiges Gas zur Erzeugung des Luftspalts in den Zwischenraum der zu lagernden Teile eingeblasen wird, kann es zu einer Verringerung des Luftspalts bis hin zum Ausfall der Luftlagerung kommen, sodass es zum Kontakt der gelagerten Bauteile kommen kann. Dies kann jedoch Schäden an den gelagerten Bauteilen hervorrufen.
Bei einem Koordinatenmessgerät, bei dem der Sensor bzw. der Messkopf oder das Messsystem in oder mit einer Trägerstruktur beweglich angeordnet ist und die entsprechenden beweglichen Komponenten über Luftlager gelagert sind, kann somit beispielsweise das schnelle Verfahren der Komponenten der Trägerstruktur bei der örtlichen Verstellung des Messsystems von einer Messposition zur anderen entsprechende dynamische Belastungen der Luftlager zwischen den beweglichen Komponenten bewirken, sodass zumindest ein kurzzeitiges Zusammenbrechen des Luftpolsters und eine gegenseitige Kontaktierung der gelagerten Bauteile stattfinden können, wenn die dynamische Belastung einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Dies kann nicht nur Beschädigungen an den beteiligten Komponenten hervorrufen, sondern kann eine weitergehende Beschädigung des Messsystems zur Folge haben und auch das Messergebnis kann beeinträchtigt werden.
Entsprechend muss bei über Luftlager gelagerten, verfahrbaren Komponenten einer Trägerstruktur eines Koordinatenmessgeräts darauf geachtet werden, dass die dynamischen Belastungen des Luftlagers begrenzt werden, um derartige Schädigungen zu vermeiden. Dies hat zur Folge, dass die Verfahrgeschwindigkeit, mit der die Trägerstruktur des Messsystems oder das Messsystem in der Trägerstruktur bewegt werden können, ebenfalls begrenzt werden muss, was die Leistungsfähigkeit eines entsprechenden Koordinatenmessgeräts hinsichtlich der Messgeschwindigkeit beeinträchtigt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Luftlageranordnung sowie ein Koordinatenmessgerät mit mindestens einer entsprechenden Luftlageranordnung bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeiden bzw. zumindest vermindern. Insbesondere soll eine entsprechende Luftlageranordnung bzw. ein entsprechendes Koordinatenmessgerät eine schnellere Bewegung von verfahrbaren Komponenten ermöglichen, ohne dass dadurch erzeugte dynamische Belastungen zu einem Ausfall der Luftlagerung führen. Darüber hinaus soll eine entsprechende Luftlageranordnung sowie ein Koordinatenmessgerät einfach aufgebaut und einfach bedienbar sein sowie einen zuverlässigen Betrieb unter vielfältigen Betriebsbedingungen gewährleisten.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Luftlageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Koordinatenmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 6, ein Verfahren zum Betrieb einer Luftlageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie einem Verfahren zum Betrieb eines Koordinatenmessgeräts mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt zur besseren Handhabung von dynamischen Belastungen von Luftlagern vor, eine dauerhafte oder zeitweilige Überwachung eines entsprechenden Luftlagers mittels der Bestimmung des Durchflusses an Druckluft, die dem Luftlager zugeführt wird, vorzunehmen. Durch die Erfassung des Durchflusses von Druckluft durch mindestens eine Druckluftversorgungsleitung des Luftlagers kann der Betriebszustand des Luftlagers bzw. eines Koordinatenmessgeräts mit einer entsprechenden Luftlageranordnung ermittelt werden, sodass auf Basis des ermittelten Betriebszustands eine geeignete Einstellung des Luftlagers vorgenommen werden kann.
Bei einer nur zeitweiligen Überwachung des Luftlagers einer Luftlageranordnung durch die Ermittlung des Durchflusses der Druckluft kann ein Referenzwert für einen bestimmten Betriebszustand oder eine Kennlinie für eine Reihe von Betriebszuständen erfasst werden, die für den späteren Betrieb des Luftlagers oder eines entsprechend Geräts mit einem derartigen Luftlager, also beispielsweise eines Koordinatenmessgeräts, zugrunde gelegt werden können.
Bei einer dauerhaften Überwachung des Luftlagers bzw. einer Luftlageranordnung kann der aktuelle Betriebszustand erfasst werden und in Abhängigkeit des aktuellen Betriebszustands eine Änderung der Einstellung des Luftlagers bzw. des Koordinatenmessgeräts erfolgen, welches das Luftlager verwendet.
Entsprechend wird nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, für den selbstständig und unabhängig sowie in Kombination mit weiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung Schutz begehrt wird, eine Luftlageranordnung zur beweglichen Lagerung von Bauteilen zueinander, wie beispielswiese bewegliche Komponenten einer Trägerstruktur für ein Messsystem eines Koordinatenmessgeräts, vorgeschlagen, bei welchem mindestens ein Luftlager, insbesondere ein aerostatisches Luftlager, das mit Druckluft versorg wird, vorgesehen ist und welches mittels mindestens eines Durchflussmessers überwacht wird, welcher den Durchfluss an Druckluft zum Luftlager ermitteln kann. Der Durchflussmesser ermittelt die Menge an Druckluft pro Zeiteinheit, die dem Luftlager zur Verfügung gestellt wird und entsprechend aus dem Luftlager entweicht. Bei Veränderungen der Betriebsbedingungen des Luftlagers variiert der Durchfluss an Druckluft, sodass durch Erfassung des Durchflusses mittels des Durchflussmessers auf den Betriebszustand des Luftlagers bzw. des Koordinatenmessgeräts, welches ein entsprechendes Luftlager bzw. eine Luftlageranordnung verwendet, geschlossen werden kann.
Darüber hinaus kann die Luftlageranordnung mindestens einen Drucksensor im Luftlager, also im Bereich des im Luftlager gebildeten Luftspalts, aufweisen, um die Druckverhältnisse im Luftlager bestimmen zu können. Durch Veränderungen von Betriebsbedingungen können auch die lokalen Druckverhältnisse im Luftlager variieren, sodass durch die Bestimmung des Luftdrucks ein zusätzlicher Indikator für die Betriebsbedingungen des Luftlagers und einer das Luftlager verwendenden Anordnung gegeben ist, der insbesondere in Kombination mit dem ermittelten Durchfluss an Druckluft Informationen über den Betriebszustand geben kann.
Da der Luftdruck im Luftlager örtlich und/oder zeitlich variieren kann und insbesondere die Veränderung des Luftdrucks Auskunft über einen Betriebszustand geben kann, kann der mindestens eine Drucksensor als Differenzdrucksensor ausgebildet sein, der die Druckveränderungen ermittelt.
Der Drucksensor kann insbesondere an einer Stelle im Luftlager angeordnet werden, an der bei kritischen Betriebszuständen entsprechende Druckveränderungen zu erwarten sind. Selbstverständlich können auch mehrere Drucksensoren an verschiedenen Stellen eines Luftlagers angeordnet werden, um die örtliche unterschiedlichen Druckverhältnisse zu erfassen.
Der mindestens eine Drucksensor kann auch gerichtet, also speziell orientiert im Luftlager eingebaut sein, um mit der Hauptsensorrichtung des Drucksensors den Druck in einer bestimmten Richtung im Luftlager zu erfassen. Dies kann vorteilhaft sein, wenn die Belastung des Luftlagers oder der Luftlageranordnung nicht symmetrisch erfolgt oder das Luftlager oder die Luftlageranordnung asymmetrisch aufgebaut sind.
Die Luftlageranordnung kann eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung umfassen, die mit dem Durchflussmesser und gegebenenfalls mit einem Drucksensor so verbunden ist, dass sie von dem Durchflussmesser und von dem gegebenenfalls vorgesehenen Drucksensor erfasste Daten bezüglich des Durchflusses bzw. Drucks erhalten kann. Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung kann eine entsprechende Auswerteeinheit umfassen, mit der die erfassten Durchflussdaten des Durchflussmessers bzw. Druckdaten des Drucksensors ausgewertet werden können. Darüber hinaus kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung eine Speichereinrichtung aufweisen, mit der entsprechende Daten und/oder Auswerteergebnisse gespeichert werden können.
Die Druckluftversorgungsleitung zur Versorgung des mindestens einen Luftlagers der Luftlageranordnung mit Druckluft kann mindestens ein Ventil zur Einstellung der Druckluftversorgung aufweisen, wobei das Ventil insbesondere über die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung einstellbar ist, sodass die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung mit dem Ventil entsprechend verbunden sein kann.
Durch die Einstellbarkeit des Ventils in der Druckluftversorgungsleitung des Luftlagers, insbesondere mittels der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung, ist es möglich, die Druckluftversorgung zu variieren und dadurch die Spaltdicke des Luftspalts zwischen den durch das Luftlager gelagerten Teilen entsprechend einzustellen. Durch das Vorsehen der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung kann automatisiert aufgrund eines von der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung festgestellten Betriebszustands die Einstellung des Luftlagers und insbesondere des in der Druckluftversorgungsleitung vorgesehenen Ventils vorgenommen werden.
Um eine von der Grundeinstellung der Druckluftversorgung unabhängige Möglichkeit der Variation der Druckluftversorgung für spezielle Betriebszustände zu ermöglichen, kann parallel zu einem Ventil in der Druckluftversorgungsleitung ein Bypass vorgesehen sein, der entweder durch ein Absperrorgan geöffnet oder geschlossen oder mittels eines Ventils bezüglich des möglichen Durchflusses an Druckluft eingestellt werden kann. Entsprechend kann bei Bedarf, also wenn festgestellt wird, dass ein höherer Druckluftversorgungsbedarf für das Luftlager vorliegt, der Bypass in geeigneter Weise geöffnet werden. Hierzu können das Absperrorgan und/oder das Ventil des Bypasses jeweils wiederum mit der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung verbunden sein.
Für eine erforderliche Veränderung der Druckluftversorgung bei speziellen Betriebszuständen kann die Luftlageranordnung mindestens ein Hilfsluftlager und/oder mindestens eine Hilfsluftdüse aufweisen, die zusätzlich zu einem oder mehreren Hauptluftlagern und/oder Hauptluftdüsen einer Luftlageranordnung angeordnet sein können. Unter Hauptluftlager wird ein Luftlager verstanden, welches beim Betrieb einer Luftlageranordnung immer Druckluft bereitstellt, während ein Hilfsluftlager im Betrieb einer Luftlageranordnung nicht ständig Druckluft bereitstellt, sondern lediglich in besonderen Situationen. Ähnlich verhält es sich mit Hauptluftdüsen und Hilfsluftdüsen, wobei die Hauptluftdüsen beim Betrieb einer Luftlageranordnung immer Druckluft in den Luftspalt zwischen den zu lagernden Bauteilen abgibt, während eine Hilfsluftdüse dies nur zeitweilig bei Bedarf macht. Ähnlich der vorher beschriebenen Bypassanordnung kann dadurch erreicht werden, dass im Falle eins erhöhten Druckluftbedarfs entsprechende Druckluft über das Hilfsluftlager oder die Hilfsluftdüse bereitgestellt werden kann. Entsprechend können dem Hilfsluftlager oder der Hilfsluftdüse auch jeweils ein Ventil und/oder Absperrorgan zugeordnet sein, sodass das Hilfsluftlager und/oder die Hilfsluftdüse entweder mit dem Absperrorgan ganz zu oder ganz abgeschaltet oder mit dem Ventil variabel einstellbar zugeschaltet werden können.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung für den wiederum selbstständig und unabhängig von anderen Aspekten der Erfindung sowie in Kombination mit diesen Schutz begehrt wird, wird ein Koordinatenmessgerät beansprucht, welches mindestens eine Luftlageranordnung der oben beschriebenen Art aufweist. Die eine oder mehreren Luftlageranordnungen des Koordinatenmessgeräts können vorzugsweise bei der Lagerung verfahrbarer Komponenten einer Trägerstruktur für ein Messsystem Verwendung finden.
Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung einer Luftlageranordnung kann in einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung des Koordinatenmessgeräts integriert sein oder mit dieser in geeigneter Weise verbunden sein, um beispielsweise Informationen über den Betriebszustand des Koordinatenmessgeräts erzeugen und/oder verarbeiten zu können, wobei sowohl Informationen über den allgemeinen Betriebszustand des Koordinatenmessgeräts, wie beispielsweise eingegebene Bedienbefehle, für die Einstellung des oder der Luftlager der Luftlageranordnung Verwendung finden können, wie auch Informationen über den Betriebszustand eines oder mehrerer Luftlager der Luftlageranordnung für den Betrieb des Koordinatenmessgeräts eingesetzt werden können.
Somit kann von zumindest einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung ein Betriebszustand des Koordinatenmessgeräts und insbesondere einer Luftlageranordnung bestimmt werden, welcher wiederum zur Einstellung der Luftlageranordnung Verwendung finden kann.
Beispielsweise kann bei Koordinatenmessgeräten zwischen einem reinen Fahrbetrieb und einem Messbetrieb unterschieden werden, wobei bei Letzterem geringere Fahrgeschwindigkeiten Verwendung finden. Durch Zuordnung eines entsprechenden Betriebszustands des Koordinatenmessgeräts zu bestimmten Betriebszuständen des oder der Luftlager kann eine verbesserte Betriebssicherheit erzielt werden, indem beispielsweise mit zusätzlicher Luftversorgung bei schneller Fahrt über Hilfsluftlager und/oder Hilfsluftdüsen eine erhöhte Druckluftversorgung bereitgestellt werden kann. Durch die Überwachung der Luftlageranordnung bzw. der Luftlager und Speicherung der ermittelte Daten kann auch die Wartung verbessert werden, da beispielsweise kritische Zustände erfasst und berücksichtigt werden können.
Entsprechend kann nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, für den selbstständig und unabhängig sowie in Kombination mit anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung Schutz begehrt wird, eine Luftlageranordnung mit mindestens einem Luftlager so betrieben werden, dass der Durchfluss an Druckluft zum Luftlager ermittelt wird und das mindestens eine Luftlager in Abhängigkeit des ermittelten Durchflusses eingestellt wird. Ist zusätzlich eine Druckmessung im Luftlager vorgesehen, so können ergänzend zu den Durchflussmessungen auch die Werte der Druckmessungen mitberücksichtigt werden. Dies gilt allgemein für alle Aspekte der vorliegenden Erfindung, auch wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist.
Die Einstellung der Luftlageranordnung bzw. des oder der Luftlager auf Basis eines ermittelten Durchflusses an Druckluft und gegebenenfalls eines Druckwertes kann hierbei die Grundeinstellung betreffen, mit der die Luftlageranordnung oder das Luftlager betrieben wird, also die Einstellung der Luftspaltdicke zwischen den zu lagernden Bauteilen. Dies kann aufgrund eines ermittelten Referenzwertes für den Durchfluss bei einem vorgegebenen Betriebszustand oder auf Basis einer Kennlinie für verschiedene Betriebszustände vorgenommen werden. Die Messdaten für die Justage oder Einstellung des oder der Luftlager können sowohl bei der Montage als auch bei der Wartung oder bei Einstellungen während des Betriebs genutzt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann eine situationsbezogene Einstellung der Luftlageranordnung oder der Luftlager vorgenommen werden, die zum einen auf gespeicherten Betriebsabläufen und den dazugehörigen Einstellungen des Luftlagers beruht, die auf Basis der ermittelten Durchflüsse eines Durchflussmessers und gegebenenfalls des gemessenen Drucks im Luftlager ermittelt worden sind. Zum anderen kann die situationsbezogene Einstellung der Luftlageranordnung oder des oder der Luftlager auf Basis von aktuell festgestellten Betriebszuständen aufgrund des ermittelten Durchflusses an Druckluft und des gegebenenfalls ermittelten Drucks im Luftlager vorgenommen werden.
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass bei einem Verfahren zum Betrieb eines Koordinatenmessgeräts, für welches ebenfalls selbstständig und unabhängig sowie in Kombination mit den anderen Aspekten der vorliegende Erfindung Schutz begehrt wird, anhand von Betriebszuständen des Koordinatenmessgeräts eine Einstellung der Luftlageranordnung vorgenommen wird. Die Betriebszustände können entweder entsprechend der obigen Beschreibung bezüglich des Betriebs einer Luftlageranordnung durch die Ermittlung des Durchflusses der Druckluft durch einen Durchflussmesser bestimmt werden oder der Betriebszustand kann auf Grund anderer Parameter des Koordinatenmessgeräts, wie z.B. auf Basis von Bedienungsbefehlen für das Koordinatenmessgerät, bestimmt werden, wobei dann abgespeicherte Einstellungen für die Druckluftversorgung zur Anwendung kommen können.
Wird aufgrund des erfassten Betriebszustandes befürchtet, dass die dynamische Belastung des Luftlagers bzw. der Luftlageranordnung so groß ist, dass ein Zusammenbrechen des Luftpolsters zumindest teilweise zu befürchten ist, so kann die entsprechende Druckluftversorgung des Luftlagers erhöht werden.
Beispielsweise kann aus der Befehlseingabe zur Verstellung des Messsystems und der dafür vorgegebenen Verstellgeschwindigkeit ein kritischer Betriebszustand erkannt werden, sodass zur Vermeidung des Ausfalls der Luftlagerung eine entsprechende Erhöhung der Druckluftversorgung eingestellt wird.
Im Gegensatz dazu kann bei einer aktuell laufenden Überwachung eines Luftlagers die Druckluftversorgung erhöht werden, wenn festgestellt wird, dass der durch den Durchflussmesser ermittelte Durchfluss ansteigt, sodass zu befürchten ist, dass die Druckluft aus dem Druckluftspalt entweicht.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
1 eine Darstellung eines Koordinatenmessgeräts,
2 eine Schnittdarstellung eines Luftlagers des Koordinatenmessgeräts aus 1 im Detail,
3 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftlageranordnung,
4 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftlageranordnung und in
5 eine Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftlageranordnung.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der folgenden Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die 1 zeigt ein Koordinatenmessgerät 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Koordinatenmessgerät 1 umfasst eine Trägerstruktur mit einem verfahrbaren Portalträger 2, in welchem wiederum verfahrbar ein Schlitten 3 aufgenommen ist, an welchem ein Messsystem 5 in einer vertikal verfahrbaren Aufnahme 8 angeordnet ist.
Das Messsystem 5 kann mindestens einen berührungslosen, z.B. optischen, kapazitiven oder induktiven Sensor und/oder mindestens einen taktilen Sensor aufweisen, mit welchem ein zu vermessendes Objekts 9 erfasst werden kann. Bei einem optischen Sensor kann dies berührungslos erfolgen, während mit einem taktilen Sensor die Dimensionen und/oder Form des zu vermessenden Objekts 9 durch entsprechenden Kontakt mit dem zu vermessenden Objekt 9 erzielt wird.
Der Portalträger 2 ist entlang einer Schienenanordnung mit Schienen 4 verfahrbar, wobei die Längserstreckung der Schienen 4 der X-Richtung entspricht, sodass das Messsystem 5 durch ein Verfahren des Portalträgers 2 entlang der Schienen 4 in X-Richtung verstellt werden kann. Der Schlitten 3 kann in dem Portalträger 2 in einer Richtung quer zur X-Richtung, nämlich der Y-Richtung verfahren werden, wobei zusätzlich eine Bewegung des Messsystems 5 mit der vertikal im Schlitten 3 verfahrbaren Aufnahme 8 senkrecht zu der durch die X- und Y-Richtung aufgespannten Ebene möglich ist, sodass das Messsystem 5 entlang der Koordinatenachsen X, Y und Z an jeden beliebigen Punkt im vom Koordinatenmessgerät 1 definierten Messraum bewegt werden kann.
Die Lagerung und Führung der beweglichen Komponenten der Trägerstruktur, also des Portalträgers 2 sowie des Schlittens 3 und der Aufnahme 8 des Messsystems 5 ist zumindest teilweise durch Luftlager realisiert, bei denen zwischen zwei beweglichen Bauteilen durch Druckluft ein Spalt mit einem Druckluftpolster erzeugt wird.
Diese ist beispielhaft für die Luftlageranordnung 10 in 2 gezeigt, mittels der die Säulen 6 des Portalträgers 2 in den Schienen 4 verfahrbar angeordnet sind.
Der Schlitten 3 kann entsprechend mit Luftlageranordnungen entlang der Längsbalken des Portalträgers 2 verfahrbar angeordnet sein und die Aufnahme 8 kann entsprechend mit Luftlageranordnungen verfahrbar im Schlitten 3 angeordnet sein. Die Darstellung der 2 mit der Luftlageranordnung 10 ist deshalb rein exemplarisch zu betrachten.
Die Luftlageranordnung 10 ist in der Schiene 4 ausgebildet, um ein an einer Säule 6 des Portalträgers 2 ausgebildetes Führungselement 11 mittels eines Luftpolsters beabstandet zu den Schienen 4 zu halten und zu führen.
Die Luftlageranordnung 10 kann eine Vielzahl von Luftlagern 12 umfassen, wobei jedes Luftlager ein oder mehrere Luftdüsen umfassen kann, mittels denen die Druckluft zur Erzeugung des Luftspalts 17 zwischen Schiene 4 und Führungselement 11 in den Zwischenraum zwischen Schiene 4 und Führungselement 11 gepresst wird.
Hierzu kann jede Luftdüse 7 eine eigene Druckluftversorgungsleitung 13 aufweisen oder mehrere Luftdüsen 7 können an einer Druckluftversorgungsleitung 13 angeordnet sein.
Die 3 zeigt exemplarisch ein Luftlager 12 mit einer Luftdüse 7, die an einer Druckluftversorgungsleitung 13 angeordnet ist, um über die Luftdüse 7 Druckluft in den Spalt 17 zwischen einem ersten Bauteil (Schiene 4) und einem zweiten Bauteil (Führungselement 11) zu blasen.
In der Druckluftversorgungsleitung 13 ist ein Ventil 14 angeordnet, über welches der Zufluss an Druckluft zur Luftdüse 7 eingestellt werden kann. Bei ansonsten unveränderten Bedingungen kann durch das Ventil 14 die Dicke D des Luftspalts 17, der sich zwischen der Schiene 4 und den Führungselementen 11 mittels der Druckluft ausbildet, eingestellt werden. Wird das Ventil 14 geöffnet, so kann die an der Druckluftversorgung 13 anliegende Druckluft in den Zwischenraum zwischen Schiene 4 und Führungselement 11 strömen. Je nachdem wie weit das Ventil 14 geöffnet wird kann bei konstantem Versorgungsdruck mehr oder weniger Druckluft in den Luftspalt 17 fließen. Ist das Ventil 14 vollständig geöffnet, so liegt im Luftspalt 17 annähernd der gleiche Luftdruck vor, wie der Versorgungsdruck in der Druckluftversorgungsleitung 13. Wird das Ventil so eingestellt, dass der Strömungsquerschnitt der Druckluft durch das Ventil 14 verringert wird, kann bei gleichbleibenden Versorgungsdruck in der Druckluftversorgungsleitung 13 weniger Druckluft in den Spalt 17 fließen und der Luftdruck im Luftspalt 17 sinkt, sodass bei ansonsten gleichbleibenden Gewichts- bzw. Belastungsverhältnissen die Luftspaltdicke D abnimmt. Entsprechend kann mit dem Ventil 14 die Luftspaltdicke D eingestellt werden.
Kommt es während des Betriebs des Luftlagers 12 zu einer Veränderung der Bedingungen, beispielsweise durch Veränderung der Last, so kann es bei gleichbleibender Druckluftversorgung zu einer Veränderung der Luftspaltdicke D kommen.
Bei dem gezeigten Koordinatenmessgerät aus 1 kann es zu entsprechenden dynamischen Belastungen kommen, wenn die durch das Luftlager gelagerten Bauteile schnell gegeneinander verfahren werden. Bei derartigen dynamischen Belastungen kann es insbesondere dazu kommen, dass es zu einer Verkippung der zueinander gelagerten Bauteile kommt, also beispielsweise zu einer Verkippung des Führungselements 11 zur Schiene 4, sodass der Luftspalt 17, wie in der gestrichelten Darstellung der 3 angedeutet, zwischen der Schiene 4 und dem Führungselement 11 nicht mehr gleichmäßig ausgebildet ist, sondern eine unterschiedliche Luftspaltdicke D vorliegt. Dadurch kann es in dem Bereich, in dem die Luftspaltdicke D größer ist, zu einem Abfließen des Luftpolsters kommen, sodass die Gefahr besteht, dass das Führungselement 11 in Kontakt mit der Führungsschiene 4 gelangt, was entsprechende Schädigungen zur Folge haben kann.
Um diesen Zustand zu erfassen, ist in der Druckluftversorgungsleitung 13 ein Durchflussmesser 15 vorgesehen, der die durchfließende Menge an Druckluft pro Zeiteinheit erfassen kann.
Der Durchflussmesser 15 ist mit einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 verbunden, die auch mit dem Ventil 14 verbunden ist. Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 erhält die Information über den von dem Durchflussmesser 15 ermittelten Durchfluss und kann auf Basis des ermittelten Durchflusses die Einstellung des Ventils 14 verändern. Wird beispielsweise bei einer schnellen Verfahrbewegung des Portalträgers 2 eine dynamische Belastung des Luftlagers 12 bewirkt, sodass es durch eine Verkippung des Führungselements 11 bezüglich der Schiene 4 zu einem Abfließen des Luftpolsters in dem Luftspalt 17 kommt, so wird sich der Durchfluss der Druckluft durch die Druckluftversorgungsleitung 13 erhöhen. Somit kann durch den Durchflussmesser 15 festgestellt werden, dass sich der Durchfluss der Druckluft erhöht hat. Auf Basis dieser Feststellung, die durch eine Auswerteeinheit der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 getroffen werden kann, kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 das Ventil 14 weiter öffnen, sodass mehr Druckluft in den Luftspalt 17 einfließen kann, um so zu verhindern, dass das Führungselement 11 mit der Schiene 4 in Kontrakt gelangt. Dadurch kann verhindert werden, dass durch einen Kontakt des Führungselements 11 mit der Schiene 4 eine Beschädigung des Luftlagers stattfindet.
Darüber hinaus kann ein Durchflussmesser 15, der in der Druckluftversorgungsleitung 13 bei einem entsprechenden Luftlager 12 angeordnet ist, nicht nur dazu verwendet werden, kritische Situationen für den Betrieb des Luftlagers 12 zu vermeiden, sondern es ist auch möglich, mit Hilfe des Durchflussmessers 15 Grundeinstellungen des Luftlagers 12 und insbesondere eines dort vorgesehenen Ventils 14 vorzunehmen.
Beispielsweise kann mittels des Durchflussmessers 15 ein Referenzwert für eine bestimmte Betriebssituation des Luftlagers 12 bzw. des Koordinatenmessgeräts 1 ermittelt werden, bei welchem das Luftlager 12 eine bestimmte Dicke D des Luftspalts 17 aufweist. Soll nun das Luftlager 12 mit einer veränderten Luftpaltdicke D betrieben werden, so kann dies einfach eingestellt werden, indem der Durchfluss, der von dem Durchflussmesser 15 ermittelt wird, gegenüber dem Referenzwert variiert wird. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, Kennlinien aufzunehmen, die einen Zusammenhang zwischen dem mit dem Durchflussmesser 15 ermittelten Durchfluss an Druckluft und der eingestellten Spaltendicke D beschreiben, sodass entsprechend der Kennlinie die Spaltendicke D einfach durch Einstellung des Durchflusses durch den Durchflussmesser 15 eingestellt werden kann.
Der Durchflussmesser 15 muss nicht dauerhaft in der Druckluftversorgungsleitung 13 angeordnet sein, sondern kann für die beschriebenen Einstellzwecke des Luftlagers 12 bei Bedarf vorgesehen bzw. angeschlossen werden.
Darüber hinaus ist es auch möglich bestimmte Betriebsabläufe des Luftlagers 12 bzw. des Koordinatenmessgeräts 1 durchzuführen und die während des Betriebsablaufs festgestellten Durchflüsse durch den Durchflussmesser 15 zu erfassen, sodass abgestimmt auf entsprechende Betriebsabläufe die wiederkehrend stattfinden, bestimmte Einstellungen des Ventils 14 bzw. des Luftlagers 12 vorgenommen werden können. Dies bedeutet, dass für einzelne, insbesondere wiederkehrende Betriebsabläufe Einstellungen des Luftlagers bzw. des Ventils 14 vorgenommen werden können, die entweder über den gesamten Zeitablauf des jeweiligen Betriebsablaufs fest sind oder für bestimmte Betriebsabläufe über den Zeitablauf variierend sind.
Beispielsweise kann bei einem schnellen Verfahren des Portalträgers 2 entlang der Schiene 4 bei der Beschleunigung für die Druckluftversorgung ein höherer Durchfluss am Ventil 14 eingestellt werden, während bei der Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit der Durchfluss durch das Ventil 14 reduziert und beim Bremsvorgang wieder erhöht wird. Selbstverständlich sind jedoch je nach Anwendungsfall auch andere zeitliche Verläufe der Luftlagereinstellungen bzw. Ventileinstellungen möglich.
Mit derart abgespeicherten konstanten oder variablen Einstellungen für das Luftlager 12 bzw. das darin vorgesehene Ventil 14 können bereits mit der Befehlseingabe durch einen Nutzer von der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 die entsprechenden Einstellungen vorgenommen bzw. der Ablauf der Einstellungen realisert werden. Beispielsweise kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 einen Betriebsbefehl eines Nutzers zur Verstellung des Portalträgers 2 um eine bestimmte Wegstrecke entlang der X-Richtung erfassen, wobei aufgrund der Länge der Wegstrecke eine hohe Verfahrgeschwindigkeit bzw. große Beschleunigungen angestrebt werden, sodass ein bestimmter Betriebsablauf ausgewählt wird und entsprechend des gewählten Betriebsablaufs die Einstellung des Luftlagers 12 vorgenommen wird.
Im Ausführungsbeispiel der 3 wird die Einstellung der Druckluftversorgung an der Luftdüse 7 durch Einstellung des Ventils 14 bewirkt. Bei einer alternativen Ausführungsform eines Luftlagers 12', wie sie in der 4 vorgestellt wird, kann ein Bypass 18 in der Druckluftversorgungsleitung 13 mit einem weiteren Ventil 19 oder einem einfachen Absperrorgan vorgesehen sein, wobei der Bypass das Ventil 14 umgeht, sodass ohne Veränderung der Einstellung des Ventils 14 die Druckluftversorgung der Luftdüse 7 dadurch verändert werden kann, dass der Durchfluss durch den Bypass 18 mittels des Ventils 19 verändert wird. Wird also beispielsweise aufgrund des ermittelten Durchflusses, der durch den Durchflussmesser 15 festgestellt worden ist, durch die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 bestimmt, dass die an der Luftdüse 7 zur Verfügung gestellte Menge an Druckluft erhöht werden muss, so kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 ohne Veränderung des Ventils 14 dies dadurch bewirken, dass das Ventil 19 im Bypass 18 reguliert wird. Entsprechend ist die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 auch mit dem Ventil 19 im Bypass 18 so verbunden, dass durch die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 eine Einstellung des Ventils 19 vorgenommen werden kann.
Darüber hinaus ist im Ausführungsbeispiel der 4 zusätzlich ein Drucksensor 23 vorgesehen, der den Druck im Luftspalt 17 messen und den ermittelten Messwert an die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 übermitteln kann. Der ermittelte Druck kann in Ergänzung zum Durchfluss in gleicher Weise wie der erfasste Durchfluss eingesetzt werden.
Die 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Luftlagers 12'', wobei neben der Luftdüse 7 eine Hilfsluftdüse 20 vorgesehen ist, die mit einer separaten Druckluftversorgungsleitung 21 verbunden ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 5 stellt die Luftdüse 7 die Hauptluftdüse dar, was bedeutet, dass das Luftlager 12 so betrieben wird, dass beim Betrieb des Luftlagers die Luftdüse 7 die Druckluft in den Luftspalt 17 abgibt, um den Betriebszustand herzustellen. Lediglich bei Bedarf wird zusätzlich Druckluft durch die Hilfsluftdüse 20 in den Luftspalt 17 geblasen, wenn beispielsweise durch den Durchflussmesser 15 festgestellt wird, dass mehr Druckluft in den Luftspalt 17 geblasen werden muss. Dann kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 ein Ventil 22, welches in der Druckluftversorgungsleitung 21 der Hilfsluftdüse 20 angeordnet ist, öffnen, sodass zeitweise zusätzliche Druckluft über die Hilfsluftdüse 20 bereitgestellt werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern das vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen der Merkmale vorgenommen werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
Bezugszeichenliste

1: Koordinatenmessgerät
2: Portalträger
3: Schlitten
4: Schiene
5: Messsystem
6: Säule
7: Luftdüse
8: Aufnahme
9: Objekt
10: Luftlageranordnung
11: Führungselement
12, 12', 12'': Luftlager
13: Druckluftversorgungsleitung
14: Ventil
15: Durchflussmesser
16: Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung
17: Luftspalt
18: Bypass
19: Ventil
20: Hilfsluftdüse
21: Druckluftversorgungsleitung
22: Ventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10229823 A1 [0002]

Claims

Luftlageranordnung zur beweglichen Lagerung von zwei Bauteilen (4, 11) zueinander mit mindestens einem Luftlager (12, 12', 12''), welches ein Druckluftpolster zwischen den Bauteilen ausbilden kann, wobei das Luftlager mindestens eine Druckluftversorgungsleitung (13) aufweist, über die Druckluft bereitgestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckluftversorgungsleitung ein Durchflussmesser (15) angeordnet ist, mit dem der Durchfluss an Druckluft zum Luftlager ermittelt werden kann.
Luftlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftlageranordnung eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (16) umfasst, die mit dem Durchflussmesser (15) verbunden ist, um die von dem Durchflussmesser erfassten Daten bezüglich des Durchflusses zu erhalten.
Luftlageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftlageranordnung mindestens einen Drucksensor im Luftlager aufweist, mit dem der Druck im Druckluftpolster ermittelt werden kann, wobei insbesondere Messwerte des Drucksensors analog zu und/oder in Kombination mit den Durchflussdaten genutzt werden.
Luftlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckluftversorgungsleitung (13) ein Ventil (14) zur Steuerung der Druckluftversorgung angeordnet ist, wobei das Ventil insbesondere über die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (16) steuerbar ist.
Luftlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftversorgungsleitung (13) einen Bypass (18) mit einem Ventil (19) und/oder Absperrorgan aufweist, welche insbesondere über die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung steuerbar sind.
Luftlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftlageranordnung mindestens ein Hilfsluftlager und/oder mindestens eine Hilfsluftdüse (20) aufweist, die jeweils ein Ventil und/oder Absperrorgan aufweisen, welche insbesondere über die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (16) steuerbar sind.
Koordinatenmessgerät mit mindestens einem Messsystem (5) und mindestens einer Trägerstruktur (2, 3, 8), an der das Messsystem angeordnet ist, wobei das Messsystem in der Trägerstruktur und/oder die Trägerstruktur verfahrbar gelagert sind und wobei das Koordinatenmessgerät mindestens eine Luftlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Koordinatenmessgerät eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie einen Betriebszustand des Koordinatenmessgeräts bestimmen kann.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung so ausgebildet ist, dass auf Basis des ermittelten Betriebszustands eine Einstellung der Luftlageranordnung angepasst werden kann.
Verfahren zum Betrieb einer Luftlageranordnung, insbesondere einer Luftlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem mit der Luftlageranordnung mindestens ein Luftlager bereitgestellt wird, welches ein Druckluftpolster zwischen zwei beweglichen Bauteilen (4, 11) ausbildet, wobei das Luftlager mindestens eine Druckluftversorgungsleitung (13) aufweist, über die Druckluft bereitgestellt wird, wobei in der Druckluftleitung ein Ventil (14) zur Steuerung des Durchflusses der Druckluft vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckluftversorgungsleitung ein Durchflussmesser (15) angeordnet ist, mit dem der Durchfluss an Druckluft zum Luftlager ermittelt wird, wobei das Ventil in Abhängigkeit des ermittelten Durchflusses gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (14) geöffnet wird, wenn der von dem Durchflussmesser (15) ermittelte Durchfluss ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftlageranordnung mindestens einen Drucksensor aufweist und das Ventil (14) geöffnet wird, wenn der von dem Drucksensor (15) ermittelte Druck abfällt.
Verfahren zum Betrieb eines Koordinatenmessgeräts, insbesondere eines Koordinatenmessgeräts nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Koordinatenmessgerät mit mindestens einem Messsystem (5) und mindestens einer Trägerstruktur (2, 3, 8) ausgestattet ist, an der das Messsystem angeordnet ist, wobei das Messsystem in der Trägerstruktur und/oder die Trägerstruktur verfahrbar gelagert sind und wobei das Koordinatenmessgerät mindestens ein Luftlager zur beweglichen Lagerung von zwei Bauteilen (4, 11) zueinander umfasst, welches ein Druckluftpolster zwischen den Bauteilen ausbilden kann, wobei das Luftlager mindestens eine Druckluftversorgungsleitung (13) aufweist, über die Druckluft bereitgestellt wird, insbesondere gemäß einer Luftlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in der Druckluftleitung ein Ventil (14) zur Steuerung des Durchflusses der Druckluft und ein Durchflussmesser (15) angeordnet sind, mit dem der Durchfluss an Druckluft zum Luftlager ermittelt wird, sodass das Ventil in Abhängigkeit des ermittelten Durchflusses gesteuert wird, und/oder wobei das Koordinatenmessgerät eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (16) umfasst, die einen Betriebszustand des Koordinatenmessgeräts erfasst und bestimmt, ob der erfasste Betriebszustand ein Betriebszustand ist, der das Luftlager dynamisch so belastet, dass eine Gefährdung des Koordinatenmessgeräts befürchtet werden muss, und welche im Falle, dass eine Gefährdung des Koordinatenmessgeräts festgestellt wird, die Druckluftversorgung des Luftlagers erhöht.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand dadurch erfasst wird, dass der Durchfluss der Druckluft durch eine Druckluftversorgungsleitung (13) zu dem Luftlager ermittelt wird und/oder dass Bedienungsbefehle für das Koordinatenmessgerät erfasst werden und/oder dass der Druck der Druckluft im Luftlager erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Luftlager beweglich gelagerten Bauteile gemäß vorgegebener Abläufe zueinander bewegt werden und die Druckluftversorgung des Luftlagers während jedes Ablaufs gespeichert wird, um beim Betrieb entsprechend eines der vorgegebenen Abläufe die zugehörige, abgespeicherte Druckluftversorgung einzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass für den Durchfluss der Druckluft ein Referenzwert oder eine Kennlinie bestimmt wird, bezüglich dem oder der eine Grundeinstellung des Luftlagers erfolgt.