DE102019127499B4 - Coordinate measuring machine and control method of a coordinate measuring machine - Google Patents

Coordinate measuring machine and control method of a coordinate measuring machine Download PDF

Info

Publication number
DE102019127499B4
DE102019127499B4 DE102019127499.0A DE102019127499A DE102019127499B4 DE 102019127499 B4 DE102019127499 B4 DE 102019127499B4 DE 102019127499 A DE102019127499 A DE 102019127499A DE 102019127499 B4 DE102019127499 B4 DE 102019127499B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
movable component
coordinate measuring
actuator
force
measuring machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102019127499.0A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102019127499A1 (en
Inventor
Dominik Seitz
Nils Haverkamp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH filed Critical Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority to DE102019127499.0A priority Critical patent/DE102019127499B4/en
Publication of DE102019127499A1 publication Critical patent/DE102019127499A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102019127499B4 publication Critical patent/DE102019127499B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G01B11/005—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/045—Correction of measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines

Abstract

Koordinatenmessgerät (100), umfassend:- ein bewegliches Bauteil (16);- einen Antrieb (28) zum Antreiben des beweglichen Bauteils (16) entlang einer Bewegungsachse (18) und/oder um eine Bewegungsachse (18) des Koordinatenmessgerätes (100), wobei das bewegliche Bauteil (16) in einem durch den Antrieb (28) hervorgerufenen, beschleunigten Zustand eine massenbeschleunigungsbedingte Ist-Positionsabweichung von einer Soll-Position erfährt;- einen Aktuator (32), der mit dem beweglichen Bauteil (16) gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, eine Verformung des beweglichen Bauteils (16) zu bewirken, wobei der Aktuator (32) separat zu dem Antrieb (28) ausgestaltet ist, und wobei der Aktuator (32) unmittelbar an dem beweglichen Bauteil (16) angreift und in dieses eine Kraft einleitet, durch die die Verformung des beweglichen Bauteils (16) hervorgerufen wird; und- eine Steuerung (34), die dazu eingerichtet ist, die Ist-Positionsabweichung in Form einer Steuerinformation zu erhalten und eine Bewegung des Aktuators (32) basierend auf der Steuerinformation zu veranlassen, um die Ist-Positionsabweichung des beweglichen Bauteils (16) mit Hilfe der durch den Aktuator (32) bewirkten Verformung des beweglichen Bauteils (16) zu kompensieren.Coordinate measuring device (100), comprising: - a movable component (16); - a drive (28) for driving the movable component (16) along a movement axis (18) and / or around a movement axis (18) of the coordinate measuring device (100), wherein the movable component (16) in an accelerated state caused by the drive (28) experiences an actual position deviation due to mass acceleration from a target position; is set up to cause a deformation of the movable component (16), the actuator (32) being configured separately from the drive (28), and the actuator (32) engaging directly on the movable component (16) and into this one Introduces force through which the deformation of the movable component (16) is caused; and a controller (34) which is set up to receive the actual position deviation in the form of control information and to cause a movement of the actuator (32) based on the control information in order to include the actual position deviation of the movable component (16) Help to compensate for the deformation of the movable component (16) caused by the actuator (32).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät und ein Steuerungsverfahren zur Steuerung desselben. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Kompensierung einer massenbeschleunigungsbedingten Ist-Positionsabweichung in einem Koordinatenmessgerät.The present invention relates to a coordinate measuring machine and a control method for controlling the same. The present invention relates in particular to a device and a method for compensating for an actual position deviation caused by mass acceleration in a coordinate measuring machine.

Koordinatenmessgeräte dienen dazu, beispielsweise im Rahmen einer Qualitätssicherung, Werkstücke zu überprüfen oder die Geometrie eines Werkstücks vollständig im Rahmen eines sogenannten „Reverse Engineering “ zu ermitteln. Darüber hinaus sind weitere Anwendungsmöglichkeiten denkbar, wie z.B. auch prozesssteuernde Anwendungen, bei denen die Messtechnik direkt zur Online-Überwachung und -Regelung von Fertigungs- und Bearbeitungsprozessen angewendet wird.Coordinate measuring machines are used, for example, in the context of quality assurance, to check workpieces or to determine the geometry of a workpiece completely in the context of so-called "reverse engineering". In addition, other possible applications are conceivable, such as process control applications in which the measurement technology is used directly for online monitoring and control of manufacturing and machining processes.

Je nach Art des zu vermessenden Werkstücks bzw. je nach Art der Messaufgabe kommen in Koordinatenmessgeräten verschiedene Arten von Messköpfen zur Anwendung, wobei neben taktil messenden Messköpfen auch optische Messköpfe mit Kameras oder anderen optischen Messsensoren eingesetzt werden. Diese ermöglichen eine berührungslose Erfassung von Koordinaten des zu vermessenden Werkstücks.Depending on the type of workpiece to be measured or the type of measurement task, different types of measuring heads are used in coordinate measuring machines, optical measuring heads with cameras or other optical measuring sensors being used in addition to tactile measuring heads. These enable a contactless acquisition of coordinates of the workpiece to be measured.

In sogenannten Multisensor-Koordinatenmessgeräten kommen sowohl taktile als auch optische Messköpfe zum Einsatz.Both tactile and optical measuring heads are used in so-called multi-sensor coordinate measuring machines.

Im Zuge der Koordinatenmessung von Werkstücken wird der Messkopf des Koordinatenmessgerätes in der Regel entlang von einer, zwei oder drei Bewegungsachsen verfahren, so dass das Werkstück vorzugsweise allseitig abgetastet werden kann. Alternativ oder ergänzend zu einem rein linearen Verfahren des Messkopfes kommen auch rotatorische Freiheitsgrade zum Einsatz, durch welche der Messkopf bzw. Messsensor gegenüber dem zu vermessenden Werkstück und/oder das Werkstück gegenüber dem Messkopf vorzugsweise um eine oder mehrere Achsen rotiert/verschwenkt werden kann. Zur Verbesserung der Leserlichkeit soll im Folgenden stets der Begriff des „Verfahrens“ Verwendung finden, wobei mit diesem Begriff sowohl das lineare Verfahren entlang einer oder mehrerer Bewegungsachsen als auch das „Verschwenken“ um eine oder mehrere Bewegungsachsen umfasst ist. Dabei treten im Zuge des Verfahrens des Messkopfes beschleunigungsbedingte Schwingungen auf. Diese Schwingungen werden durch die mit dem Verfahren des Messkopfes einhergehenden Beschleunigungs- und Bremsvorgängen verursacht und auf eine oder mehrere Teile oder die gesamte Maschinenstruktur des Koordinatenmessgerätes übertragen.In the course of the coordinate measurement of workpieces, the measuring head of the coordinate measuring machine is usually moved along one, two or three axes of movement, so that the workpiece can preferably be scanned from all sides. As an alternative or in addition to a purely linear movement of the measuring head, rotational degrees of freedom are also used, through which the measuring head or measuring sensor can be rotated / pivoted relative to the workpiece to be measured and / or the workpiece relative to the measuring head, preferably around one or more axes. To improve legibility, the term “method” should always be used in the following, this term encompassing both the linear method along one or more axes of movement and “pivoting” about one or more axes of movement. In the course of the movement of the measuring head, acceleration-related vibrations occur. These vibrations are caused by the acceleration and braking processes associated with the movement of the measuring head and are transferred to one or more parts or the entire machine structure of the coordinate measuring machine.

Problematisch ist hierbei, dass die Schwingungen in der Regel nicht von konventionellen Messeinrichtungen (z.B. Glasmessstäben) des Koordinatenmessgerätes erfassbar sind und somit zu Messfehlern, z.B. bei der Vermessung eines Werkstücks, führen können. Bspw. kann es zu einer beschleunigungsbedingten Auslenkung des Messkopfes aus einer von den Messeinrichtungen erfassten Soll-Position kommen, wodurch die tatsächliche Ist-Position des Messkopfes zum Antastzeitpunkt (d.h., zum Zeitpunkt der Messwertaufnahme, wenn bspw. ein taktiler Taststift und/oder ein optischer Messsensor das Werkstück antastet) von der durch die Messeinrichtungen aufgenommenen Soll-Position abweicht. Die Ist-Soll-Abweichungen sind z.B. auf mechanische, konstruktive und/oder elektronische Systemdefizite und/oder Umgebungseinflüsse zurückzuführen, durch die verhindert wird, dass die, bspw. mittels Glasmaßstäben, ausgelesene Position (Ist-Position) mit der Soll-Position (z.B. des Messkopfes) übereinstimmt.The problem here is that the vibrations usually cannot be detected by conventional measuring devices (e.g. glass measuring rods) of the coordinate measuring machine and can therefore lead to measuring errors, e.g. when measuring a workpiece. For example, an acceleration-related deflection of the measuring head from a target position recorded by the measuring devices can result, whereby the actual actual position of the measuring head at the point in time of the probing (i.e. at the point in time when the measured value is recorded if, for example, a tactile stylus and / or an optical Measuring sensor touches the workpiece) deviates from the target position recorded by the measuring devices. The actual / target deviations are due, for example, to mechanical, structural and / or electronic system deficits and / or environmental influences, which prevent the position (actual position) read out using glass scales, for example, from the target position (e.g. of the measuring head).

Bei Koordinatenmessgeräten treten die beschleunigungsbedingten Schwingungen unabhängig von deren Bauweise (Ständer-, Brücken- oder Portalbauweise) mit zum Teil hoher Amplitude auf. Insbesondere in einem Fall, wenn der Messkopf bspw. an einem freien Ende einer Pinole des Koordinatenmessgerätes angeordnet ist und sich die Pinole in einem ausgefahrenen Zustand befindet, können hohe Schwingungsamplituden am Messkopf auftreten, wenn dieser zum Verfahren beschleunigt wird. Mit anderen Worten kann das freie Ende der Pinole gegenüber ihrem Aufhängungspunkt, bspw. an dem Ständer, der Brücke oder dem Portal des Koordinatenmessgerätes, beschleunigungsbedingt ausgelenkt werden und somit aus der eigentlich anzufahrenden Soll-Position ausschwingen.In coordinate measuring machines, the acceleration-related vibrations occur regardless of their construction (column, bridge or portal construction) with sometimes high amplitudes. In particular in a case when the measuring head is arranged, for example, at a free end of a quill of the coordinate measuring machine and the quill is in an extended state, high oscillation amplitudes can occur on the measuring head when it is accelerated to move. In other words, the free end of the quill relative to its suspension point, for example on the stand, the bridge or the portal of the coordinate measuring machine, can be deflected as a result of acceleration and thus swing out of the target position actually to be approached.

Im Zuge der Weiterentwicklung werden an Koordinatenmessgeräte gesteigerte Schnelligkeits- und Genauigkeitsanforderungen gestellt, wodurch die oben genannte Schwingungsproblematik weiter verstärkt wird.In the course of further development, increased speed and accuracy requirements are placed on coordinate measuring machines, which further intensifies the vibration problem mentioned above.

Beispielsweise wird zur Erhöhung der Schnelligkeit beim Abtasten von Werkstücken die Geschwindigkeit, mit der die beweglichen Bauteile des Koordinatenmessgerätes relativ zueinander bewegt werden, erhöht. Hierdurch erhöhen sich auch die Beschleunigungen entlang der jeweiligen Bewegungsachse des Koordinatenmessgerätes. Dies wiederum bedingt eine Erhöhung der Dynamikeigenschaften der beweglichen Bauteile des Koordinatenmessgerätes und zieht eine Steigerung der Strukturverbiegung während der Beschleunigungsphasen nach sich. Die erhöhten Beschleunigungen führen zu stärkeren dynamischen Verbiegungen der beweglichen Bauteile während eines Beschleunigungs- oder Bremsvorgangs und können zu einer Erhöhung der Schwingungsamplitude der gesamten Struktur führen.For example, to increase the speed when scanning workpieces, the speed at which the movable components of the coordinate measuring machine are moved relative to one another is increased. This also increases the accelerations along the respective axis of movement of the coordinate measuring machine. This in turn causes an increase in the dynamic properties of the moving components of the coordinate measuring machine and results in an increase in structural deflection during the acceleration phases. The increased accelerations lead to greater dynamic bending of the moving components during an acceleration or braking process and can lead to an increase in the Lead vibration amplitude of the entire structure.

Aufgrund der breiten Anwendbarkeit und Wichtigkeit von Koordinatenmessgeräten in verschiedensten technischen Bereichen existieren bereits mehrere Lösungsansätze zur Lösung der genannten Schwingungsproblematik.Due to the broad applicability and importance of coordinate measuring machines in a wide variety of technical areas, there are already several approaches to solving the vibration problems mentioned.

So wird beispielsweise die dynamische Verbiegung eines beweglichen Bauteils eines Koordinatenmessgerätes für einzelne Ortspunkte in einem Messvolumen des Koordinatenmessgerätes kalibriert, um diese Kalibrierdaten im folgenden Messbetrieb zur Kompensation der dynamischen Verbiegung einsetzen zu können. Eine solche rechnerische Messfehlerkompensation kann der EP 0 684 448 B1 sowie der DE 43 42 312 A1 entnommen werden. Aus Gründen der Praktikabilität und Wirtschaftlichkeit beschränkt sich die Kalibrierung allerdings auf einzelne Punkte im Messvolumen, zwischen denen im Messbetrieb linear inter- und/oder extrapoliert wird. Durch diese Approximation ist bei erhöhten Geschwindigkeits- und Beschleunigungsanforderungen weiterhin mit verbiegungs- bzw. schwingungsbedingten Restmessfehlern zu rechnen.For example, the dynamic bending of a movable component of a coordinate measuring machine is calibrated for individual location points in a measurement volume of the coordinate measuring machine in order to be able to use this calibration data in the subsequent measuring operation to compensate for the dynamic bending. Such a computational measurement error compensation can be EP 0 684 448 B1 as well as the DE 43 42 312 A1 can be removed. For reasons of practicability and economy, however, the calibration is limited to individual points in the measurement volume, between which linear interpolation and / or extrapolation is carried out during measurement operation. Due to this approximation, residual measurement errors due to bending or vibration are to be expected with increased speed and acceleration requirements.

Ein weiterer Lösungsansatz zur Schwingungskompensation besteht darin, durch konstruktive Maßnahmen im Sinne einer Erhöhung der Struktursteifigkeit von beweglichen Teilen des Koordinatenmessgerätes die Schwingungsfrequenz zu erhöhen und somit die Schwingungsamplitude zu verringern. Somit kann die Messgenauigkeit beibehalten bzw. die schwingungsbedingten Messfehler verringert werden. Eine Erhöhung der Struktursteifigkeit in Verbindung mit steigenden Dynamikanforderungen an Koordinatenmessgeräte ist jedoch aus Sicherheitsgründen nur bedingt umsetzbar. Mit dem Einsatz von konventionellen Materialien folgt einer Steifigkeitserhöhung im Regelfall auch eine Massenerhöhung, die zumindest eine Anpassung der Antriebsleistung des Koordinatenmessgerätes nach sich zieht. Eine weitere Beschränkung ergibt sich dadurch, dass die maximale, gesetzlich zulässige kinetische Energie eines sich in Bewegung befindlichen Koordinatenmessgerätes bzw. eines Bauteils des Koordinatenmessgerätes begrenzt ist.Another solution approach for vibration compensation consists in increasing the vibration frequency and thus reducing the vibration amplitude by means of constructive measures in the sense of increasing the structural rigidity of moving parts of the coordinate measuring machine. In this way, the measurement accuracy can be maintained or the measurement errors caused by vibration can be reduced. However, for safety reasons, an increase in structural rigidity in connection with increasing dynamic requirements on coordinate measuring machines can only be implemented to a limited extent. With the use of conventional materials, an increase in rigidity is generally followed by an increase in mass, which at least results in an adaptation of the drive power of the coordinate measuring machine. Another restriction results from the fact that the maximum, legally permissible kinetic energy of a moving coordinate measuring machine or a component of the coordinate measuring machine is limited.

Eine weitere Alternative zur reinen Erhöhung der Struktursteifigkeit ist beispielsweise die Minderung von Schwingungen durch den Einsatz von bewegbaren Massen an einem oder mehreren beweglichen Teilen des Koordinatenmessgerätes. Die bewegbaren Massen werden im Zuge eines Beschleunigungs- oder Abbremsvorgangs gegenläufig zu der Schwingungsbewegung des beweglichen Teils des Koordinatenmessgerätes beschleunigt und führen somit zumindest teilweise zur Kompensation bzw. Schwingungstilgung. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2005 040 223 A1 bekannt. Allerdings führt der Einsatz von beweglichen Massen zu einer Massenerhöhung sowie zu einer Verlagerung der Massenschwerpunkte der beweglichen Bauteile, was ggf. durch eine konstruktive Umrüstung des Koordinatenmessgerätes kompensiert werden muss.Another alternative to simply increasing the structural rigidity is, for example, reducing vibrations through the use of movable masses on one or more moving parts of the coordinate measuring machine. In the course of an acceleration or deceleration process, the movable masses are accelerated in the opposite direction to the oscillatory movement of the movable part of the coordinate measuring machine and thus at least partially lead to compensation or vibration damping. Such a device is for example from DE 10 2005 040 223 A1 known. However, the use of movable masses leads to an increase in mass and to a shift in the centers of gravity of the movable components, which may have to be compensated for by a structural conversion of the coordinate measuring machine.

Weiterhin ist aus dem Stand der Technik ein Lösungsansatz zur Schwingungs- bzw. Verbiegungskompensation bekannt, bei dem die Schwingungskompensation zumindest teilweise durch ein motorisches Gegensteuern mittels des Antriebs des Koordinatenmessgerätes erfolgt. So wird beispielsweise eine beschleunigungsbedingte Ausschwingung des Messkopfes entlang der X-Achse durch eine der Beschleunigungsrichtung entgegengesetzte Abbremsung zumindest teilweise kompensiert. Dieser Lösungsansatz hat zum Nachteil, dass der Antrieb des Koordinatenmessgerätes speziell auf die hohen Beschleunigungs- und Bremsbewegungen ausgelegt sein muss.Furthermore, an approach to a solution for vibration or bending compensation is known from the prior art, in which the vibration compensation takes place at least partially by means of a motorized counter-control by means of the drive of the coordinate measuring machine. For example, an acceleration-related oscillation of the measuring head along the X-axis is at least partially compensated for by braking in the opposite direction to the direction of acceleration. This approach has the disadvantage that the drive of the coordinate measuring machine must be specially designed for the high acceleration and braking movements.

Die DE 10 2010 052 503 A1 betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Koordinatenmessgeräts mit einer Mehrzahl zur Positionierung eines Tastkopfs motorisch antreibbarer Achsen wird das Koordinatenmessgerät in mindestens einer Achse bewegt, eine Verformung des Koordinatenmessgeräts gemessen, eine durch die Verformung verursachte Abweichung einer Istposition von einer Sollposition ermittelt und ein Antrieb der mindestens einen Achse des Koordinatenmessgeräts zur Kompensation der Abweichung angesteuert.the DE 10 2010 052 503 A1 relates to a method for controlling a coordinate measuring machine with a plurality of axes that can be driven by a motor for positioning a probe head, the coordinate measuring machine is moved in at least one axis, a deformation of the coordinate measuring machine is measured, a deviation of an actual position from a target position caused by the deformation is determined and a drive of the at least one Axis of the coordinate measuring machine controlled to compensate for the deviation.

Zur Eliminierung von Positionsfehlern des Tastkopfs im Zeitpunkt der Antastung in Folge von Biegeschwingungen des Messarms eines Koordinatenmessgeräts wird gemäß der DE 39 36 465 A1 ein Detektor vorgesehen, der die Auswanderung eines parallel zum Messarm ausgesandten optischen Referenzstrahls misst. Dieser Detektor ist an eine Schaltung angeschlossen, die den Wechselspannungsanteil des Detektorsignals verarbeitet und den Momentanwert des Wechselspannungssignals im Antastzeitpunkt ermittelt.In order to eliminate positional errors of the probe head at the time of probing as a result of flexural vibrations of the measuring arm of a coordinate measuring machine, according to FIG DE 39 36 465 A1 a detector is provided which measures the migration of an optical reference beam emitted parallel to the measuring arm. This detector is connected to a circuit which processes the alternating voltage component of the detector signal and determines the instantaneous value of the alternating voltage signal at the point in time of probing.

Die DE 10 2017 114 713 A1 offenbart ein Verfahren und Koordinatenmessgerät zur Koordinatenmessung an Werkstücken mit einem Tastkopf, wobei Maßstabswerte ermittelt werden, wobei aufgrund der Maßstabswerte die Position des Tastkopfes bei der Berührung des Werkstückes ermittelt wird, wobei der Tastkopf einen Beschleunigungssensor aufweist, wobei das Beschleunigungssignal des Beschleunigungssensors des Tastkopfes und ein Positionssignal eines Maßstabes einer Achse und/oder wenigstens eines weiteren Beschleunigungssensors, der die Beschleunigung wenigstens einer mechanischen Vorrichtung des Koordinatenmessgerätes erfasst, durch Integrieren und/oder Differenzieren zu miteinander verrechenbaren physikalischen Größen umgewandelt werden, wobei aus diesen Größen die Differenz gebildet wird, wobei die Differenz zur Korrektur der Messwerte und/oder des Verfahrweges und/oder der Verfahrgeschwindigkeit verwendet werden.the DE 10 2017 114 713 A1 discloses a method and coordinate measuring device for coordinate measurement on workpieces with a probe head, scale values being determined, the position of the probe head being determined on the basis of the scale values when the workpiece is touched, the probe head having an acceleration sensor, the acceleration signal of the acceleration sensor of the probe head and a Position signal of a scale of an axis and / or at least one further acceleration sensor, which the acceleration of at least one mechanical device of the coordinate measuring machine detected, converted by integrating and / or differentiating into mutually calculable physical quantities, the difference being formed from these quantities, the difference being used to correct the measured values and / or the travel path and / or the travel speed.

Die DE 44 21 301 A1 offenbart ein Verfahren zur Durchführung der Korrektur von Achsenfehlern und ein Koordinatenmeßgerät mit einer mittels Lagern geführten Pinole, bei dem auf den Lagern wenigstens zwei zueinander orthogonal angeordnete Abstands-Meßsensoren vorgesehen sind, um eine Abweichung der Pinole von der Verfahrachse zu bestimmen.the DE 44 21 301 A1 discloses a method for carrying out the correction of axis errors and a coordinate measuring device with a sleeve guided by means of bearings, in which at least two orthogonally arranged distance measuring sensors are provided on the bearings in order to determine a deviation of the sleeve from the travel axis.

Angesichts der bekannten Lösungsansätze ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Koordinatenmessgerät derart weiterzuentwickeln, dass die oben genannten positionsabweichungsbedingten Schwingungen, die wiederum zu Messfehlern führen können, in vorteilhafter Weise kompensiert werden.In view of the known approaches to a solution, it is an object of the present invention to further develop a coordinate measuring machine in such a way that the above-mentioned oscillations caused by positional deviations, which in turn can lead to measurement errors, are advantageously compensated for.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Koordinatenmessgerät gemäß Anspruch 1 gelöst, das ein bewegliches Bauteil und einen Antrieb zum Antreiben des beweglichen Bauteils entlang einer Bewegungsachse und/oder um eine Bewegungsachse des Koordinatenmessgerätes aufweist, wobei das bewegliche Bauteil in einem durch den Antrieb hervorgerufenen, beschleunigten Zustand eine massenbeschleunigungsbedingte Ist-Positionsabweichung von einer Soll-Position erfährt. Zur Kompensation dieser Ist-Positionsabweichung weist das erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät einen Aktuator, der mit dem beweglichen Bauteil gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, eine elastische bzw. reversible und/oder prognostizierbare Verformung (im Folgenden „Verformung“ genannt) des beweglichen Bauteils zu bewirken, sowie eine Steuerung auf, die dazu eingerichtet ist, die Ist-Positionsabweichung in Form einer Steuerinformation zu erhalten und eine Bewegung des Aktuators basierend auf der Steuerinformation zu veranlassen, um die Ist-Positionsabweichung des beweglichen Bauteils mithilfe der durch den Aktuator bewirkten Verformung des beweglichen Bauteils zu kompensieren. Der Aktuator ist separat zu dem Antrieb ausgestaltet und greift unmittelbar an dem beweglichen Bauteil an und leitet in dieses eine Kraft ein, durch die die Verformung des beweglichen Bauteils hervorgerufen wird.This object is achieved according to the invention by a coordinate measuring machine according to claim 1, which has a movable component and a drive for driving the movable component along a movement axis and / or around a movement axis of the coordinate measuring machine, the movable component in an accelerated state caused by the drive experiences an actual position deviation from a target position due to mass acceleration. To compensate for this actual position deviation, the coordinate measuring machine according to the invention has an actuator which is coupled to the movable component and is set up to bring about an elastic or reversible and / or predictable deformation (hereinafter referred to as “deformation”) of the movable component, as well as a controller which is set up to receive the actual position deviation in the form of control information and to cause a movement of the actuator based on the control information in order to use the deformation of the movable component caused by the actuator to the actual position deviation of the movable component compensate. The actuator is designed separately from the drive and acts directly on the movable component and introduces a force into it, which causes the deformation of the movable component.

Des weiteren wird die oben genannte Aufgabe durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß Anspruch 14 zur Steuerung eines Aktuators eines Koordinatenmessgerätes, das einen Antrieb zum Antreiben eines beweglichen Bauteils entlang einer Bewegungsachse aufweist, wobei das bewegliche Bauteil in einem durch den Antrieb hervorgerufenen, beschleunigten Zustand eine massenbeschleunigungsbedingte Ist-Positionsabweichung von einer Soll-Position erfährt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

  • Erhalten einer Steuerinformation, die die massenbeschleunigungsbedingte Ist-Positionsabweichung von der Soll-Position des beweglichen Bauteils aufweist, und Steuern des Aktuators basierend auf der Steuerinformation, um die Ist-Positionsabweichung des beweglichen Bauteils mithilfe einer durch den Aktuator bewirkten Verformung des beweglichen Bauteils zu kompensieren. Der Aktuator ist separat zu dem Antrieb ausgestaltet und greift unmittelbar an dem beweglichen Bauteil an und leitet in dieses eine Kraft ein, durch die die Verformung des beweglichen Bauteils hervorgerufen wird.
Furthermore, the above-mentioned object is achieved by a method according to the invention for controlling an actuator of a coordinate measuring machine which has a drive for driving a movable component along a movement axis, the movable component in an accelerated state caused by the drive being a mass acceleration-related state - experiences a position deviation from a target position, the method comprising the following steps:
  • Obtaining control information that has the actual position deviation due to mass acceleration from the target position of the movable component, and controlling the actuator based on the control information in order to compensate for the actual position deviation of the movable component with the aid of a deformation of the movable component caused by the actuator. The actuator is designed separately from the drive and acts directly on the movable component and introduces a force into it, which causes the deformation of the movable component.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm in einer Steuereinheit des Koordinatenmessgerätes ausgeführt wird.The present invention also relates to a computer program which is set up to carry out the method according to the invention when the computer program is carried out in a control unit of the coordinate measuring machine.

Bei dem beweglichen Bauteil handelt es sich erfindungsgemäß um ein Bauteil des Koordinatenmessgerätes, das bspw. gegenüber einer unbewegten Basisplatte entlang einer oder mehrerer Bewegungsachsen des Koordinatenmessgerätes bzw. um diese bewegbar ist. Unter dem Adjektiv „beweglich“ wird vorliegend beispielsweise die Verfahrbarkeit des beweglichen Bauteils relativ zu einem oder mehreren anderen Bauteilen des Koordinatenmessgerätes verstanden.According to the invention, the movable component is a component of the coordinate measuring device which, for example, can be moved with respect to an immovable base plate along one or more axes of movement of the coordinate measuring device or around them. In the present case, the adjective “movable” is understood to mean, for example, the displaceability of the movable component relative to one or more other components of the coordinate measuring machine.

Der Antrieb des Koordinatenmessgerätes beschreibt vorliegend ein Verfahrsystem des Koordinatenmessgerätes und umfasst beispielsweise eine oder mehrere Verfahrachsen sowie deren Führungen und Motoren, durch die beispielsweise ein Messkopf zum Vermessen eines Werkstücks innerhalb eines Messbereichs des Koordinatenmessgerätes verfahren werden kann. Aufgabe dieses Antriebs ist somit das relative Verfahren von einem oder mehreren Bauteilen des Koordinatenmessgerätes zueinander, um einzelne Messpunkte innerhalb des Messvolumens anzufahren.The drive of the coordinate measuring machine describes a travel system of the coordinate measuring machine and includes, for example, one or more axes and their guides and motors, by means of which, for example, a measuring head for measuring a workpiece can be moved within a measuring range of the coordinate measuring machine. The task of this drive is therefore to move one or more components of the coordinate measuring machine relative to one another in order to approach individual measuring points within the measuring volume.

Das bewegliche Bauteil wird zum Anfahren einer bestimmten Position bzw. Ausrichtung innerhalb des Messvolumens durch den Antrieb beispielsweise entlang der Bewegungsachse (oder mehrerer Bewegungsachsen) beschleunigt. Durch die Massenträgheit des beweglichen Bauteils kommt es im beschleunigten Zustand zu einer Ausschwingung bzw. Verbiegung. Beim Erreichen einer Soll-Position innerhalb des Messvolumens des Koordinatenmessgerätes herrscht diese massenträgheitsbedingte Ausschwingung weiterhin vor, wodurch es zu der Ist-Positionsabweichung von der Soll-Position kommt.In order to move to a specific position or orientation within the measurement volume, the movable component is accelerated by the drive, for example along the movement axis (or several movement axes). Due to the inertia of the moving component, oscillation or bending occurs in the accelerated state. When a target position is reached within the measuring volume of the coordinate measuring machine, this oscillation caused by mass inertia continues to prevail, causing it to the actual position deviation comes from the target position.

Zur Kompensation dieser Ist-Positionsabweichung (und der Messfehler) ist erfindungsgemäß der Aktuator mit dem beweglichen Bauteil gekoppelt. Unter Krafteinwirkung auf das bewegliche Bauteil kann der Aktuator in oder an diesem während des beschleunigten Zustands und/oder bei Erreichen der angestrebten Soll-Position innerhalb des Messvolumens eine elastische Verformung des beweglichen Bauteils bewirken. Wird die Krafteinwirkung durch den Aktuator auf das bewegliche Bauteil beendet, kehrt das bewegliche Bauteil in seine ursprüngliche Geometrie (d.h. in seinen unverformten Zustand) zurück.According to the invention, the actuator is coupled to the movable component to compensate for this actual position deviation (and the measurement error). Under the action of force on the movable component, the actuator can cause an elastic deformation of the movable component in or on it during the accelerated state and / or when the desired target position is reached within the measurement volume. If the force applied by the actuator to the moving component is ended, the moving component returns to its original geometry (i.e. to its undeformed state).

Zur Steuerung der Krafteinwirkung bzw. der dadurch verursachten Verformung des beweglichen Bauteils wird der Aktuator durch die Steuerung anhand einer Steuerinformation gesteuert. Die Steuerinformation umfasst dabei die Ist-Positionsabweichung des beweglichen Bauteils von der Soll-Position und kann beispielsweise als dreidimensionale, vektorielle Größe (ΔX, ΔY, ΔZ) erhalten werden. Aus der Steuerinformation geht ferner vorzugsweise hervor, wie groß die durch den Aktuator in das bewegliche Bauteil einzuleitenden Kräfte z.B. in X-, Y- und/oder Z-Richtung in Abhängigkeit der jeweiligen X-, Y- und/oder Z-Beschleunigung sein müssen, um die gewünschte Verformung des beweglichen Bauteils hervorzurufen.To control the action of force or the deformation of the movable component caused by it, the actuator is controlled by the controller on the basis of control information. The control information includes the actual position deviation of the movable component from the target position and can be obtained, for example, as a three-dimensional, vector quantity (ΔX, ΔY, ΔZ). The control information also preferably shows how great the forces to be introduced into the movable component by the actuator, for example in the X, Y and / or Z directions, must be as a function of the respective X, Y and / or Z acceleration to cause the desired deformation of the moving part.

Durch die Verformung des beweglichen Bauteils mittels des Aktuators kann die Ist-Positionsabweichung in dem beschleunigten Zustand des beweglichen Bauteils sowie bei Erreichen der Soll-Position aktiv kompensiert werden.Due to the deformation of the movable component by means of the actuator, the actual position deviation can be actively compensated for in the accelerated state of the movable component and when the target position is reached.

Der Aktuator ist dabei vorzugsweise derart dimensioniert, dass sich das bewegliche Bauteil bei Krafteinwirkung (zum Beispiel bei einer Zug-/ oder Druckbelastung) in einer Größenordnung elastisch verformen lässt, die einer vorbestimmten und/oder gemessenen bzw. zu erwartenden Verbiegung des beweglichen Bauteils aufgrund dynamischer, massenbeschleunigungsbedingter Effekte entspricht.The actuator is preferably dimensioned in such a way that the movable component can be elastically deformed when a force is applied (for example in the event of a tensile / or compressive load) in an order of magnitude that corresponds to a predetermined and / or measured or expected bending of the movable component due to dynamic , mass acceleration-related effects.

Vorteilhaft ist somit, dass durch Verformung die dynamische Verbiegung des beweglichen Bauteils im beschleunigten Zustand aktiv kompensiert werden kann. Hierzu wird lediglich die Steuerinformation als Eingangsparameter für die Steuerung des Aktuators benötigt.It is therefore advantageous that the dynamic bending of the movable component in the accelerated state can be actively compensated for by deformation. For this purpose, only the control information is required as an input parameter for controlling the actuator.

Der Aktuator ist separat zu dem Antrieb ausgestaltet.The actuator is designed separately from the drive.

Dies verdeutlicht, dass der Aktuator ein von der Antriebseinheit des Koordinatenmessgerätes getrennter Bestandteil ist. Dies dient insbesondere zur Klarstellung, dass die erfindungsgemäße Kompensierung der Ist-Positionsabweichung und die damit einhergehende Minimierung von Messabweichungen / Messfehlern nicht durch eine speziell ausgestaltete Ansteuerung des Antriebs des Koordinatenmessgerätes, wie dies bspw. in der DE 10 2010 052 503 A1 gezeigt ist, hervorgerufen wird, sondern durch die durch den extra dafür vorgesehenen Aktuator bewirkte elastische Verformung des beweglichen Bauteils hervorgerufen wird.This makes it clear that the actuator is a separate component from the drive unit of the coordinate measuring machine. This serves in particular to clarify that the compensation according to the invention for the actual position deviation and the associated minimization of measurement deviations / measurement errors are not carried out by a specially designed control of the drive of the coordinate measuring machine, as is the case, for example, in FIG DE 10 2010 052 503 A1 is shown, but is caused by the elastic deformation of the movable component caused by the actuator provided especially for this purpose.

Erfindungsgemäß greift der Aktuator unmittelbar an dem beweglichen Bauteil an und leitet in dieses eine Kraft ein, durch die die Verformung des beweglichen Bauteils hervorgerufen wird.According to the invention, the actuator acts directly on the movable component and introduces a force into it, which causes the deformation of the movable component.

D.h. mit anderen Worten, dass der Aktuator derart mit dem beweglichen Bauteil gekoppelt ist, dass eine von dem Aktuator erzeugte Kraft (beispielsweise eine Zug-/ oder Druckkraft) unmittelbar auf das oder in das bewegliche Bauteil eingeleitet wird. Die unmittelbar eingeleitete Kraft führt wiederum zu der Verformung des beweglichen Bauteils.In other words, the actuator is coupled to the movable component in such a way that a force generated by the actuator (for example a tensile or compressive force) is introduced directly onto or into the movable component. The directly introduced force in turn leads to the deformation of the movable component.

Ein sich daraus ergebender Vorteil ist, dass durch die unmittelbare Kraftübertragung auf das bewegliche Bauteil eine sehr genaue Steuerung der Verformung gewährleistet werden kann, wodurch auch kleinste Ist-Positionsabweichungen kompensierbar sind.An advantage resulting therefrom is that the direct transmission of force to the movable component ensures very precise control of the deformation, whereby even the smallest actual position deviations can be compensated.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Aktuator dazu eingerichtet, die Kraft in Form einer Zugkraft und/oder einer Druckkraft in das bewegliche Bauteil einzuleiten.In a further embodiment, the actuator is set up to introduce the force in the form of a tensile force and / or a compressive force into the movable component.

Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das bewegliche Bauteil eine wesentlich größere Längenausdehnung als Breitenausdehnung hat, d.h. also beispielsweise stab- oder balkenförmig ausgestaltet ist und die Zugkraft und/oder Druckkraft parallel zu einer Längsrichtung des beweglichen Bauteils in dieses eingeleitet wird.This configuration is particularly advantageous when the movable component has a significantly larger length extension than its width dimension, i.e. it is designed, for example, in the shape of a rod or bar and the tensile force and / or pressure force is introduced into the movable component parallel to a longitudinal direction of the movable component.

In einer weiteren Ausgestaltung wird die massenbeschleunigungsbedingte Ist-Positionsabweichung in Abhängigkeit einer Beschleunigung des beweglichen Bauteils in Form von vorbestimmten Steuerdaten bereitgestellt, wobei die Steuerung die vorbestimmten Steuerdaten als die Steuerinformation erhält.In a further embodiment, the actual position deviation caused by the mass acceleration is provided as a function of an acceleration of the movable component in the form of predetermined control data, the controller receiving the predetermined control data as the control information.

Somit ist es beispielsweise möglich, die Ist-Positionsabweichung des beweglichen Bauteils in Abhängigkeit einer Vielzahl von Beschleunigungen beispielsweise im Zuge eines Kalibrierverfahrens des Koordinatenmessgerätes zu ermitteln und diese als die vorbestimmten Steuerdaten abzuspeichern. Während des Einsatzes des derart kalibrierten Koordinatenmessgerätes bei der Koordinatenmessung von Werkstücken kann beispielsweise aufgrund von Beschleunigungsinformationen eine entsprechende Ist-Positionsabweichung aus den vorbestimmten Steuerdaten durch die Steuerung ausgelesen werden. Auf Basis dessen kann die Steuerung des Aktuators erfolgen, der durch entsprechende Krafteinleitung in das bewegliche Bauteil die aus den Steuerdaten ausgelesene Ist-Positionsabweichung durch eine entsprechende Verformung des beweglichen Bauteils kompensiert.It is thus possible, for example, to determine the actual position deviation of the movable component as a function of a large number of accelerations, for example in the course of a calibration process of the coordinate measuring machine, and to store this as the predetermined control data. During the use of such calibrated coordinate measuring machine in the coordinate measurement of workpieces, a corresponding actual position deviation can be read from the predetermined control data by the controller, for example, based on acceleration information. On the basis of this, the control of the actuator can take place, which compensates for the actual position deviation read from the control data by applying appropriate force to the moving component by deforming the moving component accordingly.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das Koordinatenmessgerät ferner einen Sensor auf, der an dem beweglichen Bauteil angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, in dem beschleunigten Zustand des beweglichen Bauteils, die massenbeschleunigungsbedingte Ist-Positionsabweichung unmittelbar oder mittelbar zu erfassen und diese in Form der Steuerinformation an die Steuerung zu übertragen. Unter einer mittelbaren Erfassung der Ist-Positionsabweichung wir die Erfassung von einer oder mehreren physikalischen Messgrößen verstanden, aus der bzw. denen sich die Ist-Positionsabweichung bestimmen oder zumindest abschätzen.In a further embodiment, the coordinate measuring machine also has a sensor which is arranged on the movable component and is set up to detect the actual position deviation due to the mass acceleration directly or indirectly in the accelerated state of the movable component and to transmit this to the Transfer control. Indirect detection of the actual position deviation is understood to mean the detection of one or more physical measured variables from which the actual position deviation is determined or at least estimated.

Beispielsweise kann der Sensor einen oder mehrere Beschleunigungssensoren, Vibrationsaufnehmer oder Schwingungsaufnehmer umfassen. Durch den Sensor können vorzugsweise die in den einzelnen Raumrichtungen auf das bewegliche Bauteil wirkenden Beschleunigungen bestimmt werden. Hierbei ist es bevorzugt, dass zu der Bestimmung der einzelnen Beschleunigungen entlang der drei Raumrichtungen, die jeweils auf das bewegliche Bauteil wirkenden Trägheitskräfte bestimmt werden.For example, the sensor can comprise one or more acceleration sensors, vibration sensors or vibration sensors. The accelerations acting on the movable component in the individual spatial directions can preferably be determined by the sensor. It is preferred here that, in order to determine the individual accelerations along the three spatial directions, the inertial forces acting on the movable component are determined.

Alternativ oder ergänzend kann der Sensor auch als Gyroskop ausgestaltet sein. Ferner ist grundsätzlich der Einsatz von positionsbestimmenden Sensoren (beispielsweise über eine GPS-Auswertung) möglich. Grundsätzlich kann jeder Sensor eingesetzt werden, der zur Bestimmung der Position und/oder Lage des beweglichen Bauteils bzw. zur Bestimmung der auf das bewegliche Bauteil wirkenden Kräfte und/oder Beschleunigungen geeignet ist.As an alternative or in addition, the sensor can also be designed as a gyroscope. Furthermore, the use of position-determining sensors (for example via a GPS evaluation) is basically possible. In principle, any sensor can be used which is suitable for determining the position and / or location of the movable component or for determining the forces and / or accelerations acting on the movable component.

Zudem können alternativ oder ergänzend auch weitere Sensoren an diversen Stellen des beweglichen Bauteils bzw. des Koordinatenmessgerätes eingesetzt werden. Hierbei können beispielsweise Dehnungen und/oder Temperaturverteilungen innerhalb des beweglichen Bauteils gemessen werden. Insbesondere bei Schwingungen (Ist-Positionsabweichung) des beweglichen Bauteils mit niedriger Frequenz kann die Temperatur bzw. die Temperaturverteilung innerhalb des beweglichen Bauteils eine nicht zu vernachlässigende Einflussgröße darstellen.In addition, as an alternative or in addition, further sensors can also be used at various points on the movable component or the coordinate measuring device. Here, for example, expansion and / or temperature distributions can be measured within the movable component. In particular in the case of vibrations (actual position deviation) of the movable component with a low frequency, the temperature or the temperature distribution within the movable component can represent an influencing variable that cannot be neglected.

Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass durch die Erweiterung des Koordinatenmessgerätes mittels des Sensors eine quasi in Echtzeit verfügbare Information verfügbar ist, aus der sich die Ist-Positionsabweichung des beweglichen Bauteils unmittelbar oder zumindest mittelbar (z.B. über geeignete Rechenverfahren) ableiten lässt. Durch diese Information kann die Steuerung die durch den Aktuator in das bewegliche Bauteil einzuleitenden Kräfte während des Betriebes (vorzugsweise in Echtzeit) ermitteln. Somit können die Kräfte derart eingeleitet werden, dass beispielsweise die durch den Sensor gemessene Beschleunigung einer Soll-Beschleunigung des Koordinatenmessgerätes entspricht und die Schwingungen quasi in Echtzeit kompensiert werden.One advantage of this embodiment is that, by expanding the coordinate measuring machine by means of the sensor, information is available virtually in real time, from which the actual position deviation of the movable component can be derived directly or at least indirectly (e.g. using suitable computing methods). Using this information, the controller can determine the forces to be introduced into the movable component by the actuator during operation (preferably in real time). Thus, the forces can be introduced in such a way that, for example, the acceleration measured by the sensor corresponds to a target acceleration of the coordinate measuring machine and the vibrations are compensated for in real time.

Die Regelung kann es sich dabei zu Nutze machen, dass die durch den Sensor gemessene Ist-Beschleunigung mit einer von dem Koordinatenmessgerät vorgegebenen Soll-Beschleunigung abgleichbar ist. Die durch den Aktuator einzuleitenden Kräfte sind dabei so zu wählen, dass die gemessene Ist-Beschleunigung (beispielsweise an einem freien Ende des beweglichen Bauteils) der Soll-Beschleunigung des Koordinatenmessgerätes entspricht. Ist dies der Fall, ist davon auszugehen, dass sich bspw. ein freies Ende des beweglichen Bauteils (z.B. ein Messkopf) in einem schwingungsfreien Bewegungszustand befindet.The regulation can make use of the fact that the actual acceleration measured by the sensor can be compared with a setpoint acceleration predetermined by the coordinate measuring machine. The forces to be introduced by the actuator are to be selected so that the measured actual acceleration (for example at a free end of the movable component) corresponds to the target acceleration of the coordinate measuring machine. If this is the case, it can be assumed that, for example, a free end of the movable component (e.g. a measuring head) is in a vibration-free state of motion.

In einer Ausgestaltung weist das Koordinatenmessgerät ferner einen Messkopf zum taktilen und/oder optischen Abtasten eines zu vermessenden Werkstücks auf, wobei der Messkopf an dem beweglichen Bauteil angeordnet ist.In one embodiment, the coordinate measuring device also has a measuring head for tactile and / or optical scanning of a workpiece to be measured, the measuring head being arranged on the movable component.

Der Messkopf kann beispielsweise an einem freien Ende des beweglichen Bauteils angeordnet sein. Über den Antrieb des Koordinatenmessgerätes ist der Messkopf vorzugsweise durch Verfahren entlang einer oder mehrerer Bewegungsachsen innerhalb des gesamten Messvolumens bewegbar.The measuring head can for example be arranged at a free end of the movable component. Via the drive of the coordinate measuring machine, the measuring head can preferably be moved by moving along one or more axes of movement within the entire measuring volume.

In einer weiteren Ausgestaltung weist der Aktuator ein Krafterzeugungselement und ein Kraftübertragungselement auf, das den Aktuator mit dem beweglichen Bauteil koppelt.In a further embodiment, the actuator has a force generating element and a force transmission element which couples the actuator to the movable component.

Das Krafterzeugungselement und das Kraftübertragungselement können beispielsweise direkt oder indirekt (d.h., bspw. über ein weiteres Bauteil oder mehrere Bauteile) miteinander gekoppelt sein. Die Kopplung kann mechanisch, jedoch auch auf andere Weise (beispielsweise magnetisch) erfolgen. Das Kraftübertragungselement ist vorzugsweise direkt mit dem beweglichen Bauteil gekoppelt. Das Krafterzeugungselement übt auf das Kraftübertragungselement vorzugsweise eine Kraft aus, durch die das Kraftübertragungselement entlang einer oder mehrerer Richtungen relativ zu dem beweglichen Bauteil bewegt wird.The force-generating element and the force-transmitting element can for example be coupled to one another directly or indirectly (that is to say, for example, via a further component or several components). The coupling can take place mechanically, but also in another way (for example magnetically). The force transmission element is preferably coupled directly to the movable component. The force generating element preferably exerts a force on the force transmission element through which the force transmission element moves along one or more directions is moved relative to the movable component.

Vorzugsweise verläuft das Kraftübertragungselement parallel zu einer Längsausdehnung des beweglichen Bauteils und ist an oder in der Nähe von einer Schmalseite des beweglichen Bauteils mit diesem unmittelbar oder mittelbar gekoppelt. Beispielsweise kann die Kopplung über ein Verschrauben, Vernieten oder Verbolzen des Kraftübertragungselements mit dem beweglichen Bauteil realisiert sein.The force transmission element preferably runs parallel to a longitudinal extension of the movable component and is directly or indirectly coupled to the movable component on or in the vicinity of a narrow side of the movable component. For example, the coupling can be implemented by screwing, riveting or bolting the force transmission element to the movable component.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das Kraftübertragungselement ein stab- oder balkenförmiges Zug-/Druckelement (beispielsw. ein starrer Stab oder Balken) und/oder ein Seil auf.In a further embodiment, the force transmission element has a rod-shaped or bar-shaped tension / pressure element (for example a rigid rod or bar) and / or a rope.

Gemäß dieser Ausgestaltung wird das bewegliche Bauteil mit einem Zug-/Druckstab und/oder einem Zugseil gekoppelt, über das die von dem Krafterzeugungselement erzeugte Kraft auf das bewegliche Bauteil übertragen wird. Diese Krafteinwirkung bewirkt die beschriebene Verformung des beweglichen Bauteils. Alternative kann die Verformung des beweglichen Bauteils durch den Einsatz von sogenannten Origami- und/oder Festkörpergelenkstrukturen initiiert werden. Dies ist vorteilhaft, da sich Origamistrukturen bspw. dadurch auszeichnen, dass eine Vielzahl von Freiheitsgraden, die zur Schwingungstilgung benötigt werden, mittels einer im Vergleich dazu wesentlich geringeren Anzahl an Antrieben erreicht werden kann. Die erhöhte Anzahl an Freiheitsgraden ist dabei auf die vordefinierbaren Faltungseigenschaften (berechnet mittels der sogenannten Origami-Mathematik) der Origami- und/oder Festkörpergelenkstrukturen zurückzuführen.According to this embodiment, the movable component is coupled to a pull / push rod and / or a pull cable, via which the force generated by the force-generating element is transmitted to the movable component. This action of force causes the described deformation of the movable component. Alternatively, the deformation of the movable component can be initiated through the use of so-called origami and / or solid body joint structures. This is advantageous because origami structures are characterized, for example, by the fact that a large number of degrees of freedom, which are required for vibration damping, can be achieved by means of a significantly lower number of drives in comparison. The increased number of degrees of freedom is due to the predefinable folding properties (calculated by means of the so-called origami mathematics) of the origami and / or solid body joint structures.

Vorzugsweise ist ein Querschnitt des stab- oder balkenförmigen Zug-/Druckelements sehr viel kleiner als seine Länge. Das Kraftübertragungselement ist in Längsrichtung betrachtet vorzugsweise im Bereich seines einen Ende mit dem beweglichen Bauteil gekoppelt und im Bereich seines in Längsrichtung gegenüberliegenden Endes mit dem Krafterzeugungselement gekoppelt.A cross section of the rod-shaped or bar-shaped tension / compression element is preferably very much smaller than its length. The force transmission element, viewed in the longitudinal direction, is preferably coupled to the movable component in the area of its one end and is coupled to the force-generating element in the area of its end opposite in the longitudinal direction.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das Krafterzeugungselement eine Tauchspule, einen Piezo-Aktuator und/oder einen pneumatischen Muskel auf.In a further embodiment, the force generating element has a plunger coil, a piezo actuator and / or a pneumatic muscle.

Die drei aufgeführten Ausgestaltungen des Krafterzeugungselementes sind lediglich beispielhafter Natur und sind somit nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen. Das Krafterzeugungselement ist vorzugsweise dazu eingerichtet, eine Arbeit im physikalischen Sinne entlang zumindest einer Bewegungsachse zu verrichten. Das Krafterzeugungselement ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass es eine Zug- und/oder Druckkraft in variabler Höhe entlang oder entgegen einer Bewegungsrichtung des Krafterzeugungselementes erzeugen kann.The three configurations of the force-generating element listed are merely exemplary in nature and are therefore not to be understood as an exhaustive list. The force generating element is preferably set up to perform work in the physical sense along at least one axis of movement. The force-generating element is preferably designed in such a way that it can generate a tensile and / or compressive force at a variable height along or against a direction of movement of the force-generating element.

Tauchspulen werden im Stand der Technik üblicherweise alternativ auch als Schwingspulen bezeichnet. Beispielhafte pneumatische Muskeln werden zum Beispiel von der Firma Festo unter dem Markennamen Fluidic Muscle DMSP vertrieben.In the prior art, moving coils are usually alternatively referred to as voice coils. Exemplary pneumatic muscles are sold, for example, by Festo under the brand name Fluidic Muscle DMSP.

Gemäß einer Ausgestaltung weist der Aktuator eine Mehrzahl von Krafterzeugungselementen und/oder eine Mehrzahl von Kraftübertragungselementen auf, wobei die Mehrzahl von Kraftübertragungselementen an unterschiedlichen Seiten des beweglichen Bauteils mit diesem gekoppelt sind.According to one embodiment, the actuator has a plurality of force generating elements and / or a plurality of force transmission elements, the plurality of force transmission elements being coupled to the movable component on different sides thereof.

Die Mehrzahl von Kraftübertragungselementen kann beispielsweise als mehrere stab- oder balkenförmige Zug-/Druckelemente und/oder als mehrere Zugseile ausgestaltet sein. Die Mehrzahl von Krafterzeugungselementen kann bspw. als Tauchspulen, Piezo-Aktuatoren und/oder pneumatische Muskeln ausgestaltet sein.The plurality of force transmission elements can be designed, for example, as a plurality of rod-shaped or bar-shaped tension / pressure elements and / or as a plurality of tension cables. The plurality of force-generating elements can be designed, for example, as plunger coils, piezo actuators and / or pneumatic muscles.

Diese Ausgestaltung ist insbesondere von Vorteil, wenn das bewegliche Bauteil selbst stab- oder balkenförmig ausgestaltet ist. Idealerweise greifen an einem solchen stab- oder balkenförmig ausgestalteten beweglichen Bauteil drei bis vier Kraftübertragungselemente an, die jeweils an unterschiedlichen Seiten des (z.B. im Querschnitt rechteckförmigen) beweglichen Bauteils mit diesem gekoppelt sind. Dies hat den Vorteil, dass eine Verformung bzw. Verbiegung des beweglichen Bauteils quer zu einer Längsrichtung des beweglichen Bauteils ermöglicht wird.This configuration is particularly advantageous if the movable component itself is designed in the shape of a rod or bar. Ideally, three to four force transmission elements act on such a rod-shaped or bar-shaped movable component, each of which is coupled to the movable component on different sides (e.g. with a rectangular cross-section). This has the advantage that a deformation or bending of the movable component is made possible transversely to a longitudinal direction of the movable component.

Die Mehrzahl von Kraftübertragungselementen ist vorzugsweise jeweils separat durch jeweils ein Krafterzeugungselement bewegbar, wodurch eine individuelle Ansteuerung der jeweiligen Kraftübertragungselemente ermöglicht ist. Die Steuerung kann in einer solchen Ausgestaltung vorzugsweise jedes Kraftübertragungselement über ein separates Krafterzeugungselement ansteuern und durch dieses direkt eine Kraft in das bewegliche Bauteil einleiten.The plurality of force transmission elements can preferably be moved separately in each case by a force generating element, whereby an individual control of the respective force transmission elements is made possible. In such a configuration, the controller can preferably control each force transmission element via a separate force generation element and through this directly introduce a force into the movable component.

In einer alternativen Ausgestaltung weist der Aktuator ein einziges Krafterzeugungselement und eine Mehrzahl von Kraftübertragungselementen auf, wobei die Mehrzahl von Kraftübertragungselementen über eine Taumelscheibe mit dem Krafterzeugungselement gekoppelt sind.In an alternative embodiment, the actuator has a single force-generating element and a plurality of force-transmission elements, the plurality of force-transmission elements being coupled to the force-generating element via a swash plate.

Mit anderen Worten sind alle Kraftübertragungselemente über die Taumelscheibe mit dem einzigen Krafterzeugungselement gekoppelt. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass lediglich ein Krafterzeugungselement, beispielsweise in Form eines pneumatischen Muskels, benötigt wird und so das Gesamtgewicht des Aktuators reduziert werden kann. Dies wiederum ist vorteilhaft, da hierdurch die durch den Aktuator bedingte Massenzunahme minimiert werden kann.In other words, all of the force transmission elements are coupled to the single force-generating element via the swash plate. This has the particular advantage that only one force-generating element, for example in the form a pneumatic muscle, is required and so the overall weight of the actuator can be reduced. This, in turn, is advantageous because it allows the increase in mass caused by the actuator to be minimized.

Die Taumelscheibe, wie sie beispielsweise von einem Hubschrauber-Hauptrotor bekannt ist, kann ggf. bereits vorgespannt sein. Die Taumelscheibe ist vorzugsweise um zwei Achsen verkippbar. Durch das Verkippen der Taumelscheibe werden vorzugsweise jeweilige vektorielle Kraftanteile unmittelbar (je nach Verkippungszustand der Taumelscheibe) auf die jeweiligen Kraftübertragungselemente der Mehrzahl von Kraftübertragungselementen übertragen.The swash plate, as it is known, for example, from a helicopter main rotor, can possibly already be preloaded. The swash plate can preferably be tilted about two axes. By tilting the swash plate, respective vector force components are preferably transmitted directly (depending on the tilting state of the swash plate) to the respective force transmission elements of the plurality of force transmission elements.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das bewegliche Bauteil eine Verfahrachse, insbesondere eine Pinole, des Koordinatenmessgerätes. Die Verfahrachse bzw. Pinole kann beispielsweise als massiver Träger, als Hohlrohr mit rundem oder eckigem Querschnitt oder als massives Balkenelement ausgestaltet sein.According to a further embodiment, the movable component is a travel axis, in particular a quill, of the coordinate measuring device. The travel axis or quill can be designed, for example, as a solid support, as a hollow tube with a round or angular cross-section, or as a solid beam element.

In einer weiteren Ausgestaltung sind der Sensor und der Messkopf an einem freien Ende der Verfahrachse bzw. der Pinole angeordnet.In a further embodiment, the sensor and the measuring head are arranged at a free end of the travel axis or the quill.

D.h. mit anderen Worten, dass die Verfahrachse bzw. die Pinole den Teil des Koordinatenmessgerätes repräsentiert, an dem der Messkopf zum Vermessen von Werkstücken angeordnet ist. Die Pinole kann vorzugsweise durch ein Verfahren von mehreren relativ zueinander beweglichen Komponenten des Koordinatenmessgerätes durch den Antrieb des Koordinatenmessgerätes innerhalb des gesamten Messvolumens an jede beliebige Position verfahren werden, um mit Hilfe des daran angeordneten Messkopfes an dieser Position beispielsweise Messkoordinaten eines zu vermessenden Werkstücks aufzunehmen.In other words, the travel axis or the quill represents the part of the coordinate measuring machine on which the measuring head for measuring workpieces is arranged. The quill can preferably be moved to any position within the entire measuring volume by moving several components of the coordinate measuring machine that are movable relative to one another by the drive of the coordinate measuring machine, in order to record, for example, measuring coordinates of a workpiece to be measured at this position with the aid of the measuring head arranged on it.

Idealerweise ist der Sensor (beispielsweise Beschleunigungssensor) möglichst nahe an dem Messkopf, im Idealfall direkt an diesem, angeordnet. Somit kann der Sensor die maximale Ausschwingung (Ist-Positionsabweichung) des beweglichen Bauteils, die in der Regel am äußersten Rand des freien Endes des beweglichen Bauteils vorliegt, erfassen.Ideally, the sensor (for example acceleration sensor) is arranged as close as possible to the measuring head, ideally directly on it. The sensor can thus detect the maximum oscillation (actual position deviation) of the movable component, which is usually present at the outermost edge of the free end of the movable component.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerätes;
  • 2 eine perspektivische Ansicht sowie eine Schnittansicht eines beweglichen Bauteils des Koordinatenmessgerätes;
  • 3 eine detaillierte Schnittansicht des beweglichen Bauteils samt eines ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators;
  • 4 eine Detailansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aktuators;
  • 5 eine Detailansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aktuators;
  • 6 eine Gegenüberstellung von ersten Simulationsergebnissen des beweglichen Bauteils ohne eine erfindungsgemäße Kompensation der Ist-Positionsabweichung des beweglichen Bauteils (6a) und mit der erfindungsgemäßen Kompensation der Ist-Positionsabweichung des beweglichen Bauteils (6b); und
  • 7 eine Gegenüberstellung von zweiten Simulationsergebnissen des beweglichen Bauteils ohne die erfindungsgemäße Kompensation der Ist-Positionsabweichung des beweglichen Bauteils (7a) und mit der erfindungsgemäßen Kompensation der Ist-Positionsabweichung des beweglichen Bauteils (7b).
Embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:
  • 1 a schematic representation of a coordinate measuring machine according to the invention;
  • 2 a perspective view and a sectional view of a movable component of the coordinate measuring machine;
  • 3 a detailed sectional view of the movable component including a first embodiment of an actuator according to the invention;
  • 4th a detailed view of a second embodiment of the actuator according to the invention;
  • 5 a detailed view of a third embodiment of the actuator according to the invention;
  • 6th a comparison of the first simulation results of the movable component without an inventive compensation of the actual position deviation of the movable component ( 6a) and with the compensation according to the invention for the actual position deviation of the movable component ( 6b) ; and
  • 7th a comparison of second simulation results of the movable component without the inventive compensation of the actual position deviation of the movable component ( 7a) and with the compensation according to the invention for the actual position deviation of the movable component ( 7b) .

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerätes. Das Koordinatenmessgerät ist in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet. 1 shows an embodiment of a coordinate measuring machine according to the invention. The coordinate measuring machine is identified in its entirety with the reference number 100 designated.

Das Koordinatenmessgerät 100 weist eine Basis 10 auf. Auf der Basis 10 ist ein Portal 12 in Längsrichtung verschiebbar angeordnet. Bei der Basis 10 handelt es sich vorzugsweise um eine stabile Platte, welche beispielsweise aus Granit gefertigt ist. Das Portal 12 dient als bewegliche Trägerstruktur. Das Portal 12 weist zwei von der Basis 10 nach oben abragende Säulen auf, die durch einen Querträger verbunden sind und zusammen die Form eines umgekehrten U aufweisen.The coordinate measuring machine 100 has a base 10 on. On the base 10 is a portal 12th Arranged displaceable in the longitudinal direction. At the base 10 it is preferably a stable plate made of granite, for example. The portal 12th serves as a movable support structure. The portal 12th assigns two from the base 10 upwardly protruding pillars, which are connected by a cross member and together have the shape of an inverted U.

Die Bewegungsrichtung des Portals 12 relativ zu der Basis 10 wird üblicherweise als Y-Bewegungsachse bezeichnet. An dem oberen Querträger des Portals 12 ist ein Schlitten 14 angeordnet, der in Querrichtung verschiebbar ist. Diese Querrichtung wird üblicherweise als X- Bewegungsachse bezeichnet. Der Schlitten 14 trägt ein bewegliches Bauteil 16, das in Z- Bewegungsachse, also senkrecht zu der Basis 10, verfahrbar ist. Bei dem beweglichen Bauteil 16 handelt es sich vorliegend um eine Pinole des Koordinatenmessgerätes 100. In anderen hier nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann es sich bei dem beweglichen Bauteil 16 auch um andere bewegliche Teile des Koordinatenmessgerätes 100 handeln.The direction of movement of the portal 12th relative to the base 10 is commonly referred to as the Y axis of motion. On the upper cross member of the portal 12th is a sled 14th arranged, which is displaceable in the transverse direction. This transverse direction is usually referred to as the X axis of movement. The sled 14th carries a moving component 16 , the one in the Z-axis of motion, i.e. perpendicular to the base 10 , is movable. With the moving component 16 In the present case, it is a quill of the coordinate measuring machine 100 . In other exemplary embodiments not shown here, the movable component can be 16 also to other moving parts of the coordinate measuring machine 100 Act.

Die Bezugsziffern 18, 20, 22 bezeichnen Messeinrichtungen, anhand derer die X-, Y- und Z-Positionen des Portals 12, des Schlittens 14 und des beweglichen Bauteils 16 bestimmt werden können. Typischerweise handelt es sich bei den Messeinrichtungen 18, 20, 22 um Glasmaßstäbe, welche als Messskalen dienen. Diese Messskalen sind in Verbindung mit entsprechenden Leseköpfen (hier nicht dargestellt) dazu ausgebildet, die jeweils aktuelle Position des Portals 12 relativ zu der Basis 10, die Position des Schlittens 14 relativ zu dem oberen Querbalken des Portals 12 und die Position des beweglichen Bauteils 16 relativ zu dem Schlitten 14 zu bestimmen.The reference numbers 18th , 20th , 22nd denote measuring devices that are used to determine the X, Y and Z positions of the portal 12th , the sled 14th and the movable component 16 can be determined. Typically these are the measuring devices 18th , 20th , 22nd around glass rulers, which serve as measuring scales. These measuring scales are designed in conjunction with corresponding reading heads (not shown here) to record the current position of the portal 12th relative to the base 10 , the position of the slide 14th relative to the upper transom of the portal 12th and the position of the movable component 16 relative to the slide 14th to determine.

An einem unteren, freien Ende des beweglichen Bauteils 16 ist ein Messkopf 24 zum taktilen und/oder optischen Abtasten eines zu vermessenden Werkstücks 26 angeordnet. Im gezeigten Fall handelt es sich bei dem Messkopf 24 um einen taktilen Taststift. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann der Messkopf 24 bspw. auch eine oder mehrere optischen Sensoren (beispielsweise Kameras) aufweisen. Die Ausführung des Messkopfes 24 hängt von der Geometrie des zu vermessenden Werkstücks 26 und/oder der jeweiligen Messaufgabe ab.At a lower, free end of the movable component 16 is a measuring head 24 for tactile and / or optical scanning of a workpiece to be measured 26th arranged. In the case shown, it is the measuring head 24 a tactile stylus. In other exemplary embodiments, not shown, the measuring head 24 for example also have one or more optical sensors (for example cameras). The execution of the measuring head 24 depends on the geometry of the workpiece to be measured 26th and / or the respective measurement task.

Es sei darauf hingewiesen, dass in 1 lediglich beispielhaft ein Koordinatenmessgerät 100 in Portalbauweise erläutert ist. Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät 100 auch in Ausleger-, Brücken-, oder Ständerbauweise zum Einsatz kommen. Je nach Bauart des Koordinatenmessgerätes 100 lässt sich die Relativbewegung von der Basis 10 und dem beweglichen Bauteil 16 entlang einer, zweier oder aller drei Raumrichtungen durch eine Verfahrbarkeit der Basis 10 bzw. einer Werkstückaufnahme realisieren. Im erfindungsgemäßen Fall wird die Verfahrbarkeit in alle drei Raumrichtungen durch einen Antrieb 28 gewährleistet.It should be noted that in 1 a coordinate measuring machine only as an example 100 is explained in portal design. In principle, the coordinate measuring machine according to the invention 100 can also be used in cantilever, bridge or column construction. Depending on the type of coordinate measuring machine 100 can be the relative movement of the base 10 and the moving component 16 along one, two or all three spatial directions through a movability of the base 10 or a workpiece holder. In the case according to the invention, the displaceability in all three spatial directions is achieved by a drive 28 guaranteed.

Alternativ kann das Koordinatenmessgerät 100 als ein Gelenkarmsystem (bspw. eines Roboter) mit einer Vielzahl von Freiheitsgraden ausgeführt sein. Beispielhaft kann das Koordinatenmessgerät 100 als Teil eines Roboters, z.B. als Roboterarm ausgestaltet sein, an dessen Endeffektor (nicht gezeigt) der Messkopf 24 angeordnet ist. Das heißt mit anderen Worten, dass der kinematische Teil des Koordinatenmessgerätes 100 vorliegend nicht auf Systeme beschränkt ist, die entlang von drei Achsen verfahrbar sind. Der Begriff „Koordinatenmessgerät“ ist dementsprechend breit aufzufassen als jegliche Art von System, das sich zur Erfassung von Koordinaten eines Messobjekts eignet.Alternatively, the coordinate measuring machine 100 be designed as an articulated arm system (e.g. a robot) with a large number of degrees of freedom. The coordinate measuring machine 100 be designed as part of a robot, for example as a robot arm, on its end effector (not shown) the measuring head 24 is arranged. In other words, that means that the kinematic part of the coordinate measuring machine 100 In the present case, it is not restricted to systems that can be moved along three axes. The term “coordinate measuring machine” is accordingly to be understood broadly as any type of system that is suitable for recording the coordinates of a measurement object.

Der Antrieb 28 ist nicht nur zum Antreiben des beweglichen Bauteils entlang zumindest einer der Bewegungsachsen X, Y und Z und/oder um eine Bewegungsachsen X, Y und Z ausgestaltet, sondern bewegt das Portal 12 relativ zu der Basis 10 entlang der Y- Bewegungsachse, den Schlitten 14 relativ zu dem Portal 12 entlang der X- Bewegungsachse und das bewegliche Bauteil 16 relativ zu dem Schlitten 14 entlang der Z- Bewegungsachse. Somit kann durch den Antrieb 28 das bewegliche Bauteil 16 direkt oder indirekt in allen drei Raumrichtungen X, Y und Z bewegt werden. Der Antrieb 28 ist beispielsweise in Form von drei Stellmotoren ausgebildet, die jeweils derart an dem Portal 12, dem Schlitten 14 und/oder dem beweglichen Bauteil 16 angeordnet sind, dass eine Bewegung in die drei Raumrichtungen ermöglicht wird.The drive 28 is designed not only to drive the movable component along at least one of the movement axes X, Y and Z and / or around a movement axis X, Y and Z, but also moves the portal 12th relative to the base 10 along the Y axis of movement, the slide 14th relative to the portal 12th along the X axis of movement and the movable component 16 relative to the slide 14th along the Z axis of movement. Thus, through the drive 28 the moving component 16 be moved directly or indirectly in all three spatial directions X, Y and Z. The drive 28 is designed for example in the form of three servomotors, each in such a way on the portal 12th , the sledge 14th and / or the movable component 16 are arranged so that a movement in the three spatial directions is made possible.

Das Anfahren unterschiedlicher Positionen im Raum wird durch eine Recheneinheit 30 gesteuert. Diese ist dazu eingerichtet, den Antrieb 28 des Koordinatenmessgerätes 100, z.B. die Stellmotoren, durch eines oder mehrere Steuersignale anzusteuern, um das bewegliche Bauteil 16 bzw. die Pinole und mit diesem den Messkopf 24 in eine gewünschte Soll-Position zu verfahren. Die Recheneinheit 30 kann in dem Koordinatenmessgerät 100 integriert oder separat von diesem angeordnet sein. Die Recheneinheit ist mit dem Koordinatenmessgerät über ein oder mehrere Kabel oder kabellos verbunden.The approach to different positions in space is done by a computing unit 30th controlled. This is set up for the drive 28 of the coordinate measuring machine 100 , for example the servomotors, to control the moving component by means of one or more control signals 16 or the quill and with this the measuring head 24 to move to a desired target position. The arithmetic unit 30th can in the coordinate measuring machine 100 be integrated or arranged separately from this. The computing unit is connected to the coordinate measuring machine via one or more cables or wirelessly.

Zur Koordinatenerfassung wird eine Oberfläche des Werkstücks 26 von dem taktilen Taststift abgetastet. Hierzu wird der Taststift mit Hilfe des Antriebs in eine Vielzahl von Soll-Positionen verfahren, wodurch die gesamte Oberfläche des Werkstücks 26 abgetastet wird. In jeder Soll-Position werden durch den Taststift elektrische Signale erzeugt, anhand derer die Geometrie des zu vermessenden Werkstücks 26, bspw. durch die Recheneinheit 30, ermittelt werden kann. Dabei werden je nach Funktionsweise des Messkopfes 24 dessen Positions- und Lageinformationen an eine Recheneinheit 30 des Koordinatenmessgerätes 100 entweder kabellos oder über ein oder mehrere Kabel übermittelt.A surface of the workpiece is used to record the coordinates 26th scanned by the tactile stylus. For this purpose, the stylus is moved into a large number of target positions with the aid of the drive, whereby the entire surface of the workpiece 26th is scanned. In every target position, the stylus generates electrical signals that determine the geometry of the workpiece to be measured 26th , for example by the arithmetic unit 30th , can be determined. Depending on the functionality of the measuring head 24 its position and location information to a computing unit 30th of the coordinate measuring machine 100 transmitted either wirelessly or via one or more cables.

In anderen hier nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Geometrie des zu vermessenden Werkstücks 26 über einen oder mehrere optische Messsensoren (z.B. Kameras) ermittelt werden, die bspw. an einem unteren Ende des beweglichen Bauteils 16 angeordnet sind und von dort aus in verschiedenen Raumrichtungen blicken können. So kann ein berührungsloses optisches Abtasten des Werkstücks 26 erfolgen, um dessen Geometrie zu ermitteln.In other exemplary embodiments not shown here, the geometry of the workpiece to be measured 26th can be determined via one or more optical measuring sensors (for example cameras), which are, for example, at a lower end of the movable component 16 are arranged and can look from there in different spatial directions. This enables a non-contact optical scanning of the workpiece 26th to determine its geometry.

Wie bereits eingangs erwähnt, unterliegen die heutigen Koordinatenmessgeräte 100 immer höheren Geschwindigkeits- und Qualitätsanforderungen, um eine exakte Geometriebestimmung von Werkstücken in immer kürzerer Zeit zu ermöglichen. Dies verlangt unter anderem, dass die Geschwindigkeiten mit denen der Messkopf 24 in eine jeweilige Soll-Position bewegt wird, ansteigen. Durch die steigenden Geschwindigkeiten nehmen auch die durch den Antrieb 28 hervorgerufenen Beschleunigungskräfte bspw. auf das bewegliche Bauteil 16 bzw. auf die Gesamtstruktur des Koordinatenmessgerätes 100 zu.As already mentioned at the beginning, today's coordinate measuring machines are subject to change 100 Increasingly higher speed and quality requirements in order to enable the exact geometry of workpieces to be determined in an ever shorter period of time. This requires, among other things, that the speeds match those of the measuring head 24 is moved into a respective target position, increase. As the speeds increase, so do those caused by the drive 28 caused acceleration forces, for example on the moving component 16 or on the overall structure of the coordinate measuring machine 100 to.

Die auf das bewegliche Bauteil 16 wirkenden Beschleunigungskräfte führen, wie eingangs erwähnt, zu einer Schwingungsauslenkung und somit im beschleunigten Zustand des beweglichen Bauteils 16 zu einer massenbeschleunigungsbedingten Ist-Positionsabweichung Δx1, Δx2 von einer anzufahrenden Soll-Position x0 (siehe 6a und 7a).The one on the moving component 16 Acting acceleration forces lead, as mentioned at the beginning, to an oscillation deflection and thus in the accelerated state of the movable component 16 to an actual position deviation Δx 1 , Δx 2 due to mass acceleration from a target position x 0 to be approached (see 6a and 7a) .

Zur Kompensation dieser Ist-Positionsabweichung weist das erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät 100 einen Aktuator 32 auf. Der Aktuator 32 ist mit dem beweglichen Bauteil 16 gekoppelt und dazu eingerichtet, eine Verformung des beweglichen Bauteils 16 zu bewirken. Im vorliegenden Fall ist der Aktuator 32 mit dem beweglichen Bauteil 16 verschraubt (siehe 2). Der Aktuator 32 ist jedoch vollkommen separat zu dem Antrieb 28 ausgestaltet.To compensate for this actual position deviation, the coordinate measuring machine according to the invention 100 an actuator 32 on. The actuator 32 is with the moving component 16 coupled and set up to deform the movable component 16 to effect. In the present case, the actuator is 32 with the moving component 16 screwed (see 2 ). The actuator 32 however, it is completely separate from the drive 28 designed.

Zur Steuerung des Aktuators 32 weist das Koordinatenmessgerät 100 eine Steuerung 34 auf. Die Steuerung 34 ist dazu eingerichtet, die Ist-Positionsabweichung in Form einer Steuerinformation zu erhalten und eine Bewegung des Aktuators 32 basierend auf der Steuerinformation zu veranlassen. Die Bewegung des Aktuators 32 wird in Form einer Krafteinleitung auf das bewegliche Bauteil 16 übertragen und bewirkt eine Verformung des beweglichen Bauteils 16, durch die die Ist-Positionsabweichung kompensiert werden.To control the actuator 32 instructs the coordinate measuring machine 100 a controller 34 on. The control 34 is set up to receive the actual position deviation in the form of control information and a movement of the actuator 32 based on the control information. The movement of the actuator 32 is in the form of an application of force to the moving component 16 transferred and causes a deformation of the movable component 16 , through which the actual position deviation is compensated.

Vorliegend ist die Steuerung 34 in einem oberen Ende des beweglichen Bauteils 16 bzw. der Pinole verbaut (siehe 1). In anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Steuerung 34 auch in anderen Teilen des Koordinatenmessgerätes 100 verbaut sein oder separat von diesem (bspw. auf einem externen Server oder in einer Cloud) angeordnet sein. Grundsätzlich kann die Steuerung 34 auch als Teil der Recheneinheit 30 ausgestaltet sein. Die Steuerung 34 ist vorzugsweise über ein oder mehrere Kabel oder kabellos mit dem Aktuator 32 verbunden. Die Steuerung 34 kann beispielsweise als Steuerplatine, System on a Chip (SOC) oder als Mikrocontroller ausgestaltet sein.Here is the control 34 in an upper end of the movable component 16 or the quill installed (see 1 ). In other exemplary embodiments not shown, the controller can 34 also in other parts of the coordinate measuring machine 100 be built in or be arranged separately from this (e.g. on an external server or in a cloud). Basically, the controller can 34 also as part of the arithmetic unit 30th be designed. The control 34 is preferably via one or more cables or wirelessly with the actuator 32 tied together. The control 34 can for example be designed as a control board, system on a chip (SOC) or as a microcontroller.

Die Steuerung 34 steuert auf Basis der Steuerinformation vorzugsweise den Aktuator 32 derart, dass durch diesen eine Kraft in Form einer Zugkraft und/oder Druckkraft in das bewegliche Bauteil 16 eingeleitet wird. Die Krafteinleitung erfolgt dabei vorzugsweise entlang einer Längsausdehnung des beweglichen Bauteils 16.The control 34 preferably controls the actuator on the basis of the control information 32 such that through this a force in the form of a tensile force and / or compressive force in the movable component 16 is initiated. The introduction of force takes place preferably along a longitudinal extension of the movable component 16 .

Im vorliegenden Fall ist an einem freien Ende der Pinole 16 ferner ein Sensor 36 angeordnet. Der Sensor 36 ist dazu eingerichtet, in den beschleunigten Zustand des beweglichen Bauteils 16, die massenbeschleunigungsbedingte Ist-Positionsabweichung unmittelbar oder mittelbar zu erfassen und diese in Form der Steuerinformation an die Steuerung 34 zu übertragen.In the present case, the quill is at a free end 16 also a sensor 36 arranged. The sensor 36 is set up in the accelerated state of the movable component 16 to detect the actual position deviation caused by the mass acceleration directly or indirectly and to send this to the controller in the form of control information 34 transferred to.

Vorliegend ist der Sensor 36 am untersten Ende der Pinole 16 angeordnet. Der Sensor 36 ist somit in unmittelbarer Nähe zu dem Messkopf 24 bzw. in unmittelbarer Nähe zu dem taktilen Taststift angeordnet. In dieser Position ist es dem Sensor 36 möglich, die Ist-Positionsabweichung hochgenau zu messen.Here is the sensor 36 at the bottom of the quill 16 arranged. The sensor 36 is thus in the immediate vicinity of the measuring head 24 or arranged in close proximity to the tactile stylus. In this position it is the sensor 36 possible to measure the actual position deviation with high accuracy.

Vorzugsweise ist der Sensor 36 als Beschleunigungssensor ausgestaltet, der die Beschleunigung des freien Endes der Pinole 16 misst. Die Steuerung 34 ist dazu eingerichtet, aus den Signalen des Beschleunigungssensors 36 die massenbeschleunigungsbedingte Ist-Positionsabweichung des freien Endes der Pinole 16 zu berechnen. Dies kann beispielsweise anhand eines Berechnungsalgorithmus erfolgen, der Kalibrierungsdaten nutzt, die zu diesem Zweck in der Steuerung 34 abgespeichert sind. Die Kalibrierungsdaten enthalten beispielsweise die geometrischen Abmessungen sowie das dynamische Trägheitsverhalten der Pinole 16. Die Steuerung 34 ist ferner dazu eingerichtet, aus der berechneten Ist-Positionsabweichung des freien Endes der Pinole 16 eine entsprechende Kraft (inkl. Betrag und Richtung) zu berechnen, die der Aktuator 32 aufbringen muss, um die Ist-Positionsabweichung auszugleichen. Entsprechend wird der Aktuator 32 dann von der Steuerung 34 angesteuert, um die ermittelte Kraft auf die Pinole 16 aufzubringen.Preferably the sensor is 36 designed as an acceleration sensor, the acceleration of the free end of the quill 16 measures. The control 34 is set up to use the signals from the acceleration sensor 36 the actual position deviation of the free end of the quill due to the mass acceleration 16 to calculate. This can be done, for example, with the aid of a calculation algorithm that uses calibration data stored in the controller for this purpose 34 are stored. The calibration data contain, for example, the geometric dimensions and the dynamic inertia behavior of the quill 16 . The control 34 is also set up to use the calculated actual position deviation of the free end of the quill 16 calculate a corresponding force (including amount and direction) that the actuator 32 must apply in order to compensate for the actual position deviation. The actuator becomes accordingly 32 then from the controller 34 controlled to the determined force on the quill 16 to raise.

Anstelle eines Beschleunigungssensors kann als Sensor 36 auch ein Positionssensor verwendetet werden, der dazu eingerichtet ist, die Ist-Positionsabweichung des freien Endes der Pinole 16 unmittelbar zu ermitteln.Instead of an acceleration sensor it can be used as a sensor 36 a position sensor can also be used, which is set up to measure the actual position deviation of the free end of the quill 16 to be determined immediately.

Anstelle des Sensors 36 kann die Steuerinformation auch gänzlich in Form von vorbestimmten Steuerdaten, die beispielsweise im Zuge einer Kalibrierung des Koordinatenmessgerätes erfasst wurden, bereitgestellt sein. In einem solchen Falls steuert die Steuerung 34 den Aktuator 32 aufgrund eines vorab ermittelten Ablaufs der innerhalb einer vorab durchgeführten Kalibrierung auf den Messablauf bzw. die Bewegung der Pinole 16 angepasst und in der Steuerung 34 abgespeichert wurde.Instead of the sensor 36 The control information can also be provided entirely in the form of predetermined control data that were acquired, for example, in the course of a calibration of the coordinate measuring device. In such a case, the controller controls 34 the actuator 32 based on a previously determined sequence of within a calibration carried out beforehand on the measuring sequence or the movement of the quill 16 adapted and in the control 34 was saved.

In 2 ist das bewegliche Bauteil 16 bzw. die Pinole 16 einmal in perspektivischer Ansicht (links) sowie in einer perspektivischen Schnittansicht (rechts) gezeigt. Die Pinole 16 ist balkenförmig ausgeführt und verfügt über eine wesentlich größere Längsausdehnung im Vergleich zu ihrem rechteckförmigen Querschnitt. Zudem weist die Pinole 16 eine parallel zu ihrer Längsrichtung verlaufende Mittelbohrung 38 auf. Die Mittelbohrung 38 ist insbesondere aus Gründen der Gewichtseinsparung in die Pinole 16 eingebracht und kann vorzugsweise derart dimensioniert sein, dass eine verbleibende Wandstärke der rechteckförmigen Pinole 16 weiterhin die Anforderungen an Steifigkeit erfüllt.In 2 is the moving component 16 or the quill 16 shown once in a perspective view (left) and in a perspective sectional view (right). The quill 16 is bar-shaped and has a much larger length compared to its rectangular cross-section. In addition, the quill points 16 a central bore running parallel to its longitudinal direction 38 on. The center hole 38 is in the quill especially for reasons of weight saving 16 introduced and can preferably be dimensioned such that a remaining wall thickness of the rectangular quill 16 continues to meet the rigidity requirements.

In den Eckbereichen der rechteckig ausgestalteten Pinole 16 ist jeweils ein Kraftübertragungselement 40 des Aktuators 32 angeordnet. Das Kraftübertragungselement 40 bzw. die Mehrzahl von Kraftübertragungselementen 40 ist im gezeigten Fall jeweils als stabförmiges Zug-/Druckelement ausgestaltet. Die Kraftübertragungselement 40 weisen im Verhältnis zu ihrem Querschnitt eine wesentlich größere Längsausdehnung auf und sind im vorliegenden Fall als massive Rundstäbe ausgestaltet.In the corner areas of the rectangular quill 16 is each a power transmission element 40 of the actuator 32 arranged. The power transmission element 40 or the plurality of force transmission elements 40 is designed as a rod-shaped pull / push element in the case shown. The power transmission element 40 have a significantly larger longitudinal extent in relation to their cross-section and in the present case are designed as solid round bars.

In den vier Eckbereichen der Pinole 16 sind jeweils parallel zu der Längsrichtung des beweglichen Bauteils 16 verlaufende Bohrungen 42 angeordnet. In den Bohrungen 42, die hier als Sacklochbohrungen ausgestaltet sind, ist jeweils eines der stabförmigen Kraftübertragungselemente 40 angeordnet und im Bereich des unteren Endes der Pinole 16, d.h. am Grund der jeweiligen Sacklochbohrung 42, mit der Pinole 16 gekoppelt. Die Kopplung zwischen den Kraftübertragungselementen 40 und der Pinole 16 kann beispielsweise über eine Gewindeverbindung 44, die in dem Sackloch 42 vorgesehen ist, realisiert sein.In the four corner areas of the quill 16 are each parallel to the longitudinal direction of the movable component 16 running bores 42 arranged. In the holes 42 , which are designed here as blind holes, is each one of the rod-shaped force transmission elements 40 arranged and in the area of the lower end of the quill 16 , ie at the bottom of the respective blind hole 42 , with the quill 16 coupled. The coupling between the power transmission elements 40 and the quill 16 can, for example, have a threaded connection 44 that is in the blind hole 42 is provided to be realized.

In Abhängigkeit von den für die Pinole 16 vorgesehenen Auslegungseigenschaften kann die Pinole 16 auch hinsichtlich ihres Gewichtes (z.B. Sandwichstrukturen) optimiert werden. Die mit einer Leichtbauweise einhergehende Steifigkeitsabsenkung wirkt sich dabei positiv auf die gewünschte, aktive Verformung aus, wobei insbesondere die Dämpfungseigenschaften einer Pinole in Leichtbauweise von Vorteil sind.Depending on the one for the quill 16 The quill 16 can also be optimized with regard to their weight (e.g. sandwich structures). The reduction in rigidity associated with a lightweight construction has a positive effect on the desired, active deformation, with the damping properties of a quill in lightweight construction being particularly advantageous.

In 3 ist eine detaillierte Ansicht eines dem freien Ende der Pinole 16 gegenüberliegenden Endes in einer perspektivischen Schnittansicht dargestellt. Hier ist ersichtlich, dass der Aktuator 32 neben dem Kraftübertragungselement 40 eine Krafterzeugungselement 46 aufweist. Das Krafterzeugungselement 46 kann beispielsweise als Tauchspule, als Piezo-Aktuator und/oder als pneumatischer Muskel ausgestaltet sein. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Krafterzeugungselement 46 als pneumatischer Muskel ausgestaltet.In 3 Figure 3 is a detailed view of one of the free end of the quill 16 opposite end shown in a perspective sectional view. Here you can see that the actuator 32 next to the power transmission element 40 a force generating element 46 having. The force generating element 46 can be designed, for example, as a plunger coil, as a piezo actuator and / or as a pneumatic muscle. In the in 3 The embodiment shown is the force generating element 46 designed as a pneumatic muscle.

Ähnlich wie bereits in den 1 und 2 gezeigt, weist die Pinole 16 eine Mehrzahl von Kraftübertragungselementen 40 auf. Entsprechend dazu, weist die Pinole 16 ebenfalls eine Mehrzahl von Krafterzeugungselementen 46 auf. Die Mehrzahl von Krafterzeugungselementen 46 ist in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel derart an dem oberen Ende der Pinole 16 angeordnet, dass jedes Krafterzeugungselement 46 in einer Längsrichtung des beweglichen Bauteils betrachtet von diesem abragt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Mehrzahl von Krafterzeugungselementen 46 auch derart in der Pinole 16 angeordnet sein, dass sie nicht von dieser abragt.Similar to the 1 and 2 shown shows the quill 16 a plurality of power transmission elements 40 on. Correspondingly, the quill points 16 also a plurality of force generating elements 46 on. The plurality of force generating elements 46 is in the in 3 Embodiment shown in such a way at the upper end of the quill 16 arranged that each force generating element 46 viewed in a longitudinal direction of the movable component protrudes from this. In other exemplary embodiments, the plurality of force-generating elements 46 also like this in the quill 16 be arranged so that it does not protrude from this.

Die Krafterzeugungselemente 46 sind derart mit den Kraftübertragungselementen 40 gekoppelt, das eine Bewegung der Krafterzeugungselemente 46 derart auf die Kraftübertragungselemente 40 übertragbar ist, dass die Kraftübertragungselemente 40 die Bewegung der Krafterzeugungselemente 46 in Form einer Zug- oder Druckkraft an dem freien Ende des beweglichen Bauteils, an dem die Kraftübertragungselemente 40 mit der Pinole 16 gekoppelt sind, einleiten. Jedes der Krafterzeugungselemente 46 ist innerhalb der Bohrung 42 relativ zu der Pinole 16 bewegbar. Hierdurch kann durch die Bewegung der Krafterzeugungselemente 46 über die Kraftübertragungselemente 40 eine Kraft in die Pinole 16 eingeleitet werden, durch die die Pinole 16 elastisch verformt wird.The force generating elements 46 are so with the power transmission elements 40 coupled that a movement of the force generating elements 46 such on the power transmission elements 40 It is transferable that the power transmission elements 40 the movement of the force generating elements 46 in the form of a tensile or compressive force at the free end of the movable component on which the force transmission elements 40 with the quill 16 are coupled. Each of the force generating elements 46 is inside the hole 42 relative to the quill 16 moveable. This allows the movement of the force generating elements 46 via the power transmission elements 40 a force in the quill 16 be initiated by the quill 16 is elastically deformed.

In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Krafterzeugungselemente 46 des Aktuators 32 jeweils als Tauchspule ausgestaltet. Die Tauchspulen sind in einem stationären Magnetfeld federnd aufgehängte (Magnet-)Spulen, die bei Stromdurchfluss durch die Lorentzkraft ausgelenkt werden. Die Tauchspulen, welche jeweils z.B. eine lineare Führung (z. B. lineare Kugelumlaufführung) aufweisen, können somit als lineare Antriebe verwendet werden. Dadurch ist es möglich, die durch das Tauchspulenprinzip entstehende Kraft über einen größeren Hubbereich (z. B. 100 mm) zu verwenden.In the in 4th The embodiment shown are the force generating elements 46 of the actuator 32 each designed as a moving coil. The plunger coils are (magnet) coils suspended in a stationary magnetic field, which are deflected by the Lorentz force when current flows through them. The plunger coils, which each have, for example, a linear guide (e.g. linear recirculating ball bearing guide), can thus be used as linear drives. This makes it possible to use the force generated by the moving coil principle over a larger stroke range (e.g. 100 mm).

In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Aktuator 32 ein einziges Krafterzeugungselement 46 und eine Mehrzahl von Kraftübertragungselementen 40 (in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vier Kraftübertragungselemente 40) auf. Die Mehrzahl von Kraftübertragungselementen 40 ist über eine Taumelscheibe 48 mit dem einzigen Krafterzeugungselement 46 gekoppelt. Durch Verkippen der Taumelscheibe 48 ist es möglich, eine durch das Krafterzeugungselement 46 eingeleitete Bewegung bzw. Kraft in verschiedene vektorielle Bewegungs- bzw. Kraftanteile zu unterteilen und diese jeweils (je nach Stellung der Taumelscheibe 48) in die Kraftübertragungselemente 40 und von diesen auf die Pinole 16 einzuleiten.In the in 5 The embodiment shown has the actuator 32 a single force generating element 46 and a plurality of power transmission elements 40 (In the embodiment shown, four power transmission elements 40 ) on. The plurality of power transmission elements 40 is about a swash plate 48 with the single force generating element 46 coupled. By tilting the swash plate 48 it is possible one through the force generating element 46 to subdivide the initiated movement or force into various vectorial movement or force components and each of these (depending on the position of the swash plate 48 ) in the power transmission elements 40 and from these to the quill 16 initiate.

In 6 und 7 sind Simulationsergebnisse zu einer Pinole 16 aus Aluminium mit einer Gesamtlänge von 1000 mm bei zwei verschiedenen Beschleunigungen gezeigt. Hierbei wurde simulativ die Pinole 16 einmal in einem beschleunigten Zustand simuliert, indem keine erfindungsgemäße Schwingungskompensation eingesetzt wurde. Zum anderen wurde die Pinole 16 in einem Zustand mit aktiver Schwingungskompensation simuliert.In 6th and 7th are simulation results for a quill 16 made of aluminum with a total length of 1000 mm shown at two different accelerations. The quill was simulated here 16 simulated once in an accelerated state in that no oscillation compensation according to the invention was used. On the other hand was the quill 16 simulated in a state with active vibration compensation.

In 6a und 6b wurde die Pinole mit 1000 mm/s2 beschleunigt. Aus 6a (ohne Schwingungskompensation) ist ersichtlich, dass die Pinole bei dieser Beschleunigung eine Ist-Positionsabweichung Δx1 von einer angestrebten Sollposition x0 erfährt.In 6a and 6b the quill was accelerated at 1000 mm / s 2. the end 6a (without vibration compensation) it can be seen that the quill experiences an actual position deviation Δx 1 from a desired target position x 0 during this acceleration.

In der 6b wurde die Pinole 16 bei gleicher Beschleunigung (1000 mm/s2) jedoch mit aktiver Schwingungskompensation simuliert. Hierbei wurde über den erfindungsgemäßen Aktuator 32 eine Zugkraft von 75 N auf die Pinole 16 ausgeübt, durch die die Pinole 16 eine Verformung erfuhr. Durch die Verformung konnte gegenüber einer Simulation ohne Schwingungskompensation die Ist-Positionsabweichung Δx1 vollständig kompensiert werden, so dass sich der Taststift des Messkopfes 24 im beschleunigten Zustand in der Position x0 befand.In the 6b became the quill 16 at the same acceleration ( 1000 mm / s 2 ) but simulated with active vibration compensation. This was done using the actuator according to the invention 32 a pulling force of 75 N on the quill 16 exercised by the quill 16 experienced a deformation. As a result of the deformation, compared to a simulation without vibration compensation, the actual position deviation Δx 1 could be completely compensated, so that the stylus of the measuring head 24 was in position x 0 in the accelerated state.

In 7a ist eine zweite Simulation mit einer anderen Beschleunigung, nämlich einer Beschleunigung von 2000 mm/s2 gezeigt. Hierbei ist ersichtlich, dass das freie Ende der Pinole 16 bzw. der Messkopf 24 mit Taststift eine im Verhältnis zu der 6a größere Ist-Positionsabweichung Δx2 erfuhr. Durch die Einleitung einer im Verhältnis zu der 6b doppelt so hohen Zugkraft, nämlich 150 N, über den Aktuator 32 konnte die Pinole 16 derart elastisch verformt werden, dass die Ist-Positionsabweichung Δx2 vollständig kompensiert wurde, so dass sich der Taststift des Messkopfes 24 im beschleunigten Zustand in der Position x0 befand.In 7a a second simulation with a different acceleration, namely an acceleration of 2000 mm / s 2 is shown. It can be seen here that the free end of the quill 16 or the measuring head 24 with stylus one in proportion to the 6a experienced greater actual position deviation Δx 2. By initiating a relative to the 6b twice as high tensile force, namely 150 N, via the actuator 32 could the quill 16 be elastically deformed in such a way that the actual position deviation .DELTA.x 2 was completely compensated, so that the stylus of the measuring head 24 was in position x 0 in the accelerated state.

Claims (15)

Koordinatenmessgerät (100), umfassend: - ein bewegliches Bauteil (16); - einen Antrieb (28) zum Antreiben des beweglichen Bauteils (16) entlang einer Bewegungsachse (18) und/oder um eine Bewegungsachse (18) des Koordinatenmessgerätes (100), wobei das bewegliche Bauteil (16) in einem durch den Antrieb (28) hervorgerufenen, beschleunigten Zustand eine massenbeschleunigungsbedingte Ist-Positionsabweichung von einer Soll-Position erfährt; - einen Aktuator (32), der mit dem beweglichen Bauteil (16) gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, eine Verformung des beweglichen Bauteils (16) zu bewirken, wobei der Aktuator (32) separat zu dem Antrieb (28) ausgestaltet ist, und wobei der Aktuator (32) unmittelbar an dem beweglichen Bauteil (16) angreift und in dieses eine Kraft einleitet, durch die die Verformung des beweglichen Bauteils (16) hervorgerufen wird; und - eine Steuerung (34), die dazu eingerichtet ist, die Ist-Positionsabweichung in Form einer Steuerinformation zu erhalten und eine Bewegung des Aktuators (32) basierend auf der Steuerinformation zu veranlassen, um die Ist-Positionsabweichung des beweglichen Bauteils (16) mit Hilfe der durch den Aktuator (32) bewirkten Verformung des beweglichen Bauteils (16) zu kompensieren.Coordinate measuring machine (100), comprising: - a movable component (16); - A drive (28) for driving the movable component (16) along a movement axis (18) and / or around a movement axis (18) of the coordinate measuring machine (100), the movable component (16) being driven in one by the drive (28) caused, accelerated state experiences a mass acceleration-related actual position deviation from a target position; - An actuator (32) which is coupled to the movable component (16) and is configured to cause deformation of the movable component (16), the actuator (32) being configured separately from the drive (28), and wherein the actuator (32) acts directly on the movable component (16) and introduces a force into it, which causes the deformation of the movable component (16); and - A controller (34) which is set up to receive the actual position deviation in the form of control information and to cause a movement of the actuator (32) based on the control information in order to use the actual position deviation of the movable component (16) to compensate for the deformation of the movable component (16) caused by the actuator (32). Koordinatenmessgerät (100) nach Anspruch 1, wobei der Aktuator (32) dazu eingerichtet ist, die Kraft in Form einer Zugkraft und/oder einer Druckkraft in das bewegliche Bauteil einzuleiten.Coordinate measuring machine (100) according to Claim 1 , wherein the actuator (32) is set up to introduce the force in the form of a tensile force and / or a compressive force into the movable component. Koordinatenmessgerät (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die massenbeschleunigungsbedingte Ist-Positionsabweichung in Abhängigkeit einer Beschleunigung des beweglichen Bauteils (16) in Form von vorbestimmten Steuerdaten bereitgestellt ist, wobei die Steuerung (34) die vorbestimmten Steuerdaten als die Steuerinformation erhält.Coordinate measuring machine (100) according to one of the preceding claims, wherein the mass acceleration-related actual position deviation is provided as a function of an acceleration of the movable component (16) in the form of predetermined control data, the controller (34) receiving the predetermined control data as the control information. Koordinatenmessgerät (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner einen Sensor (36) aufweist, der an dem beweglichen Bauteil (16) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, in dem beschleunigten Zustand des beweglichen Bauteils (16), die massenbeschleunigungsbedingte Ist-Positionsabweichung unmittelbar oder mittelbar zu erfassen und diese in Form der Steuerinformation an die Steuerung (34) zu übermitteln.Coordinate measuring machine (100) according to one of the Claims 1 until 3 , which also has a sensor (36) which is arranged on the movable component (16) and is set up to directly or indirectly detect the actual position deviation caused by the mass acceleration in the accelerated state of the movable component (16) and to form this to transmit the control information to the controller (34). Koordinatenmessgerät (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ferner einen Messkopf (24) zum taktilen und/oder optischen Abtasten eines zu vermessenden Werkstücks (26) aufweist, wobei der Messkopf (24) an dem beweglichen Bauteil (16) angeordnet ist.Coordinate measuring machine (100) according to one of the preceding claims, further comprising a measuring head (24) for tactile and / or optical scanning of a to be measured Has workpiece (26), wherein the measuring head (24) is arranged on the movable component (16). Koordinatenmessgerät (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (32) ein Krafterzeugungselement (46) und ein Kraftübertragungselement (40), das den Aktuator (32) mit dem beweglichen Bauteil (16) koppelt, aufweist.Coordinate measuring machine (100) according to one of the preceding claims, wherein the actuator (32) has a force generating element (46) and a force transmission element (40) which couples the actuator (32) to the movable component (16). Koordinatenmessgerät (100) nach Anspruch 6, wobei das Kraftübertragungselement (40) ein stab- oder balkenförmiges Zug-/Druckelement und/oder ein Seil aufweist.Coordinate measuring machine (100) according to Claim 6 , wherein the force transmission element (40) is a rod or has a bar-shaped tension / compression element and / or a rope. Koordinatenmessgerät (100) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das Krafterzeugungselement (46) eine Tauchspule, einen Piezo-Aktuator und/oder einen pneumatischen Muskel aufweist.Coordinate measuring machine (100) according to one of the Claims 6 or 7th , wherein the force generating element (46) has a plunger coil, a piezo actuator and / or a pneumatic muscle. Koordinatenmessgerät (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Aktuator (32) eine Mehrzahl von Krafterzeugungselementen (46) und eine Mehrzahl von Kraftübertragungselementen (40) aufweist, wobei die Mehrzahl von Kraftübertragungselementen (40) an unterschiedlichen Seiten des beweglichen Bauteils (16) mit diesem gekoppelt ist.Coordinate measuring machine (100) according to one of the Claims 1 until 5 wherein the actuator (32) has a plurality of force generating elements (46) and a plurality of force transmission elements (40), the plurality of force transmission elements (40) being coupled to the movable component (16) on different sides thereof. Koordinatenmessgerät (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Aktuator (32) ein einziges Krafterzeugungselement (46) und eine Mehrzahl von Kraftübertragungselementen (40) aufweist, wobei die Mehrzahl von Kraftübertragungselementen (40) über eine Taumelscheibe (48) mit dem Krafterzeugungselement (46) gekoppelt ist.Coordinate measuring machine (100) according to one of the Claims 1 until 5 wherein the actuator (32) has a single force-generating element (46) and a plurality of force-transmitting elements (40), the plurality of force-transmitting elements (40) being coupled to the force-generating element (46) via a swash plate (48). Koordinatenmessgerät (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das bewegliche Bauteil (16) eine Verfahrachse, insbesondere eine Pinole (16), des Koordinatenmessgerätes (100) ist.Coordinate measuring device (100) according to one of the preceding claims, wherein the movable component (16) is a travel axis, in particular a quill (16), of the coordinate measuring device (100). Koordinatenmessgerät (100) nach den Ansprüchen 4, 5 und 11, wobei der Sensor (36) und der Messkopf (24) an einem freien Ende der Verfahrachse (16) angeordnet sind.Coordinate measuring machine (100) according to the Claims 4 , 5 and 11 , wherein the sensor (36) and the measuring head (24) are arranged at a free end of the travel axis (16). Koordinatenmessgerät (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Antrieb (28) dazu eingerichtet ist, das bewegliche Bauteil (16) des Koordinatenmessgerätes (100) entlang von drei senkrecht zueinanderstehenden Raumrichtungen zu verfahren.Coordinate measuring device (100) according to one of the preceding claims, wherein the drive (28) is set up to move the movable component (16) of the coordinate measuring device (100) along three mutually perpendicular spatial directions. Verfahren zur Steuerung eines Aktuators (32) eines Koordinatenmessgerätes (100), das einen Antrieb (28) zum Antreiben eines beweglichen Bauteils (16) entlang einer Bewegungsachse (18) aufweist, wobei das bewegliche Bauteil (16) in einem durch den Antrieb (28) hervorgerufenen, beschleunigten Zustand eine massenbeschleunigungsbedingte Ist-Positionsabweichung von einer Soll-Position erfährt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: - Erhalten (S100) einer Steuerinformation, die die massenbeschleunigungsbedingte Ist-Positionsabweichung von der Soll-Position des beweglichen Bauteils (16) aufweist; und - Steuern des Aktuators (32) basierend auf der Steuerinformation, um die Ist-Positionsabweichung des beweglichen Bauteils (16) mit Hilfe einer durch den Aktuator (32) bewirkten Verformung des beweglichen Bauteils (16) zu kompensieren, wobei der Aktuator (32) separat zu dem Antrieb (28) ausgestaltet ist, und wobei der Aktuator (32) unmittelbar an dem beweglichen Bauteil (16) angreift und in dieses eine Kraft einleitet, durch die die Verformung des beweglichen Bauteils (16) hervorgerufen wird.A method for controlling an actuator (32) of a coordinate measuring machine (100), which has a drive (28) for driving a movable component (16) along a movement axis (18), the movable component (16) being driven by the drive (28 ) caused, accelerated state experiences a mass acceleration-related actual position deviation from a target position, the method comprising the following steps: - Obtaining (S100) control information which has the actual position deviation due to mass acceleration from the target position of the movable component (16); and - Controlling the actuator (32) based on the control information in order to compensate for the actual position deviation of the movable component (16) with the aid of a deformation of the movable component (16) caused by the actuator (32), the actuator (32) separately is designed to the drive (28), and wherein the actuator (32) acts directly on the movable component (16) and introduces a force into this, which causes the deformation of the movable component (16). Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach Anspruch 14 auszuführen, wenn das Computerprogramm in einer Steuereinheit eines Koordinatenmessgerätes (100) ausgeführt wird.Computer program which is set up to perform the method according to Claim 14 execute when the computer program is executed in a control unit of a coordinate measuring machine (100).
DE102019127499.0A 2019-10-11 2019-10-11 Coordinate measuring machine and control method of a coordinate measuring machine Active DE102019127499B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019127499.0A DE102019127499B4 (en) 2019-10-11 2019-10-11 Coordinate measuring machine and control method of a coordinate measuring machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019127499.0A DE102019127499B4 (en) 2019-10-11 2019-10-11 Coordinate measuring machine and control method of a coordinate measuring machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102019127499A1 DE102019127499A1 (en) 2021-04-15
DE102019127499B4 true DE102019127499B4 (en) 2021-11-04

Family

ID=75155404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019127499.0A Active DE102019127499B4 (en) 2019-10-11 2019-10-11 Coordinate measuring machine and control method of a coordinate measuring machine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102019127499B4 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117405064B (en) * 2023-11-02 2024-04-02 山东中科普锐检测技术有限公司 Contour measurement system based on gyroscope

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3936465A1 (en) 1989-11-02 1991-05-08 Zeiss Carl Fa Coordinate measurement device for optical prop or camera - detects bending of measurement carriage or arm using detector of deviations in incident position of optical reference beam
DE4342312A1 (en) 1993-12-11 1995-06-14 Zeiss Carl Fa Method for correcting vibration-related measurement errors in coordinate measuring machines
DE4421301A1 (en) 1994-06-17 1995-12-21 Leitz Mestechnik Gmbh Method for correcting alignment errors in precision coordinate system
EP0684448B1 (en) 1994-05-27 2004-03-24 Carl Zeiss Coordinate measurement on workpieces with corrections of accelerations
DE102005040223A1 (en) 2005-08-17 2007-02-22 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Device and method for moving a measuring or working head
DE102010052503A1 (en) 2010-11-26 2012-05-31 Wenzel Scantec Gmbh Method for controlling a coordinate measuring machine and coordinate measuring machine
DE102017114713A1 (en) 2017-06-30 2019-01-03 Hexagon Metrology Gmbh Coordinate measuring device for coordinate measurement of workpieces and method for coordinate measurement on workpieces on a coordinate measuring machine

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3936465A1 (en) 1989-11-02 1991-05-08 Zeiss Carl Fa Coordinate measurement device for optical prop or camera - detects bending of measurement carriage or arm using detector of deviations in incident position of optical reference beam
DE4342312A1 (en) 1993-12-11 1995-06-14 Zeiss Carl Fa Method for correcting vibration-related measurement errors in coordinate measuring machines
EP0684448B1 (en) 1994-05-27 2004-03-24 Carl Zeiss Coordinate measurement on workpieces with corrections of accelerations
DE4421301A1 (en) 1994-06-17 1995-12-21 Leitz Mestechnik Gmbh Method for correcting alignment errors in precision coordinate system
DE102005040223A1 (en) 2005-08-17 2007-02-22 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Device and method for moving a measuring or working head
DE102010052503A1 (en) 2010-11-26 2012-05-31 Wenzel Scantec Gmbh Method for controlling a coordinate measuring machine and coordinate measuring machine
DE102017114713A1 (en) 2017-06-30 2019-01-03 Hexagon Metrology Gmbh Coordinate measuring device for coordinate measurement of workpieces and method for coordinate measurement on workpieces on a coordinate measuring machine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019127499A1 (en) 2021-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3210711C2 (en) Multi-coordinate probe with adjustable measuring force for scanning multi-dimensional, stationary objects
DE112009003699B4 (en) MACHINE TRACK MEASURING DEVICE, NUMERICALLY CONTROLLED MACHINE TOOL AND MACHINE TRACK MEASUREMENT METHOD
DE69826406T2 (en) Scanning probe microscope with fine adjustment device
DE102012017328B4 (en) Robot with a workpiece mass measurement function
EP1429109B1 (en) Method and apparatus for vibration damping of a coordinate measuring machine
DE102016220097B4 (en) Determination of a position of a movable part of a coordinate measuring machine
EP2016368B1 (en) Method and apparatus for measuring a surface point on a workpiece
EP2331907B1 (en) Method for measuring a work piece and coordinate measuring device
DE602005005839T2 (en) USE OF SURFACE TESTS
EP0940651A2 (en) Coordinate measuring apparatus with user guide
DE102009014766A1 (en) Device for machining work piece, particularly for milling, deburring, laser cutting, laser welding and drilling of work piece, has handling unit for receiving tool or work piece to be machined
EP3504529B1 (en) Apparatus and method for calibrating force and torque measuring devices
EP2924721A1 (en) Positioning device in portal design
DE102019208946A1 (en) Method and device for determining a position of an axis of rotation of a turntable as well as turntable and coordinate measuring machine
EP2561311B2 (en) Operation of a coordinate measuring machine or a machine tool
EP3480557A1 (en) Method for measuring a workpiece using a coordinate measuring machine
DE10126848B4 (en) production machine
EP3448140B1 (en) Positioning device in portal design
DE102019127499B4 (en) Coordinate measuring machine and control method of a coordinate measuring machine
EP2679962B1 (en) Position measuring device
DE102021212817B4 (en) Repeated position determination of a moving part of a coordinate measuring machine
DE102020212982A1 (en) Method for reducing measurement errors in a coordinate measuring machine and coordinate measuring machine
DE60032635T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR TESTING TOOLING MACHINES
DE19629739C1 (en) Drive control mechanism, with measurement system, for load movable in several spatial dimensions e.g. for vehicles, air- and space-craft, and buildings vibration test stand
EP1893941B1 (en) Method and device for determining geometric parameters of a conical object to be measured

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final