DE102020213112A1

DE102020213112A1 - Anordnung und Verfahren zum Vermessen eines Messobjekts

Info

Publication number: DE102020213112A1
Application number: DE102020213112.0A
Authority: DE
Inventors: Ralf Bernhardt; Günter Grupp
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2022-02-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Vermessen eines Messobjekts (10), insbesondere zur Bestimmung von Koordinaten des Messobjekts (10), wobei die Anordnung Folgendes aufweist:- eine Bewegungseinrichtung (3, 4), die ausgestaltet ist, einen während eines Betriebes der Anordnung an der Anordnung gehaltenen Sensor (7), welcher zur Erfassung des Messobjekts (10) ausgestaltet ist, relativ zu dem Messobjekt (10) zu bewegen,- eine Aktuatoreinrichtung (8), über die der Sensor (7) während des Betriebes der Anordnung mit der Bewegungseinrichtung (3, 4) gekoppelt ist und die ausgestaltet ist, Schwingungsbewegungen des Sensors (7) mindestens teilweise zu kompensieren,- eine Schwingungsmesseinrichtung (9), die ausgestaltet ist, Informationen über Schwingungen der Anordnung und/oder des Sensors (7) durch Messung zumindest einer Messgröße zu erzeugen,- eine Steuereinrichtung (19), die mit der Schwingungsmesseinrichtung (9) und der Aktuatoreinrichtung (8) verbunden ist und die ausgestaltet ist, die Aktuatoreinrichtung (8) derart anzusteuern, dass die Schwingungsbewegungen des Sensors (7) mindestens teilweise kompensiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Vermessen eines Messobjekts. Die Anordnung weist eine Bewegungseinrichtung auf, die ausgestaltet ist, einen während eines Betriebes der Anordnung an der Anordnung gehaltenen Sensor relativ zu dem Messobjekt zu bewegen. Als Schritt des Verfahrens zum Vermessen eines Messobjekts wird ein Sensor mittels einer Bewegungseinrichtung relativ zu einem Messobjekt bewegt, um den Sensor in eine Erfassungsposition zur Erfassung des Messobjekts zu bringen.
Der Sensor ist zur Erfassung des Messobjekts ausgestaltet. Der Sensor kann fester oder temporärer Teil der Anordnung sein oder nicht Teil der Anordnung sein. Zum Beispiel können verschiedene Sensoren wahlweise an der Mess-Anordnung angebracht und zur Vermessung des Messobjekts genutzt werden.
Durch die Erfassung des Messobjekts können insbesondere Koordinaten des Messobjekts erhalten werden, zum Beispiel durch Auswertung des Ergebnisses der Erfassung durch den Sensor mittels einer Auswertungseinrichtung der Anordnung. Bei dem Messobjekt handelt es sich insbesondere um ein Werkstück. Es kann sich jedoch alternativ um ein lebendes Messobjekt wie zum Beispiel eine menschliche Person oder ein Tier handeln.
Bei der Anordnung kann es sich insbesondere um eine konventionelle Messanordnung wie zum Beispiel ein Koordinatenmessgerät, um eine Werkzeugmaschine oder um einen Roboter handeln, zum Beispiel einen Gelenkarmroboter. Allgemein wird von einer Koordinatenmessanordnung oder einem Koordinatenmessgerät gesprochen, wenn die Messanordnung der Bestimmung von Koordinaten des Messobjekts dient.
Hinsichtlich des Begriffs Koordinatenmessgerät ist zu erwähnen, dass dieser nicht auf Koordinatenmessgeräte in Portalbauweise beschränkt ist, sondern z. B. auch Geräte in Gantrybauweise, Horizontalarmgeräte und Gelenkarmgeräte mit einschließt. Auch gehören zu den Koordinatenmessanordnungen optional auch Maschinen, die zwar nicht primär als Koordinatenmessanordnung konzipiert sind, die aber so eingerichtet sind, wie eine Koordinatenmessanordnung zu arbeiten. Bekannt sind beispielsweise Roboterarme mit Drehgelenken, an denen ein Sensor zur Erfassung einer Werkstückoberfläche (beispielsweise ein Streifenprojektionssensor) befestigt ist, oder Werkzeugmaschinen, an denen anstelle eines Bearbeitungswerkzeuges ein Sensor zur Erfassung der Werkstückoberfläche (beispielsweise ein taktiler Sensor) befestigt ist. Ferner ist es möglich, dass das Bearbeitungswerkzeug mit einem solchen Sensor kombiniert ist. Auch sind beispielsweise Hexapod-Mechaniken bekannt, an denen anstelle eines Bearbeitungswerkzeuges ein Sensor zur Erfassung der Werkstückoberfläche (beispielsweise ein taktiler Sensor) befestigt ist.
Ferner fällt unter den Begriff Koordinatenmessgerät auch ein Gerät, das z. B. durch tomografische Verfahren invasive Strahlung auf das Werkstück einstrahlt und zum Beispiel Durchstrahlungsbilder (englisch: radiographs) und/oder Reflexionsbilder aufnimmt. Insbesondere kann aus mehreren solcher Bilder durch Rekonstruktionsverfahren ein dreidimensionales Bild des Werkstücks erzeugt werden, aus dem wiederum die Prüfmerkmale bestimmt werden können.
Bei Messanordnungen und insbesondere bei Koordinatenmessgeräten hängen die Messgenauigkeit und die Messgeschwindigkeit von der Amplitude und der Frequenz von Schwingungen des zur Vermessung verwendeten Sensors ab. Häufige Ursachen für die Schwingungen des Sensors sind Bewegungen des Sensors mittels der Bewegungseinrichtung, um den Sensor in eine Messposition zu bringen, und vom umgebenden Boden über die Bewegungseinrichtung übertragene Schwingungen.
DE 40 01 981 A1 beschreibt Maßnahmen zur Verringerung von Schwingungen des freien Endes des Messarmes eines Koordinatenmessgerätes, an dem ein Tastkopf befestigt ist. An dem Messarm ist eine Zusatzmasse beweglich aufgehängt. Die Bewegung dieser Zusatzmasse wird beispielsweise durch einen Ölfilm gedämpft. Alternativ ist ein aktives System mit einem Schwingungssensor und einem Antrieb für die bewegliche ZusatzMasse vorgesehen. Über einen Regler wird der Antrieb so gesteuert, dass die Schwingung möglichst schnell abklingt. Dies erlaubt zwar die Dämpfung der Schwingung. Wegen der Zusatzmasse an dem Messarm ist die Trägheit des schwingenden Systems jedoch erhöht. Wenn sich daher die Schwingung verändert oder neu angeregt wird, wird Zeit zur Reduktion der Schwingungsamplituden benötigt.
Insbesondere bei Messanordnungen mit bildgebenden Sensoren, zum Beispiel Kameras zur Aufnahme zweidimensionaler Bilder, werden nach einer Bewegung des Sensors erhebliche Ruhezeitintervalle benötigt, bevor verwertbare Bilder erzeugt werden können. Bei der Bewegung des Sensors auftretende Schwingungen würden zu einer Verschmierung der Strukturen in dem aufgenommenen Bild führen, da die Aufnahme des Bildes über ein Aufnahmezeitintervall hinweg stattfindet.
Grundsätzlich kann auch versucht werden, die vom umgebenden Boden auf die Messanordnung übertragenen Schwingungen unmittelbar an den Füßen der Messanordnung zu kompensieren. Auch in diesem Fall sind jedoch die bewegten Massen erheblich und ist eine sofortige Auslöschung der Schwingungen der Messanordnung nicht möglich. Trotz der Kompensation führt daher auch der Sensor Schwingungsbewegungen aus.
WO 2012/130832 A1 beschreibt eine Koordinatenmessmaschine zur Bestimmung mindestens einer Raumkoordinate eines Messpunktes an einem Messobjekt mit einem ersten Rahmenelement, einem zweiten Rahmenelement, einer Linearantriebseinheit mit einem Motor zum Bewegen des zweiten Rahmenelements relativ zum ersten Rahmenelement in einer Bewegungsrichtung und ein Positionsmessgerät zum Bestimmen einer Antriebsposition des zweiten Rahmenelements relativ zum ersten Rahmenelement. Durch einen aktiven Kompensationsaktuator wird eine Gegenverschiebung des ersten und des zweiten Rahmenelements relativ zueinander bewirkt, um dynamische Auslenkungen aufgrund von Schwingungen zumindest teilweise zu kompensieren.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zum Vermessen eines Messobjekts anzugeben, durch die Messfehler gegenüber den zuvor beschriebenen Lösungen zumindest reduzierbar sind. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zum Vermessen eines Messobjekts anzugeben.
Es wird vorgeschlagen, den Sensor der Messanordnung über eine Aktuatoreinrichtung mit der Bewegungseinrichtung zu koppeln und Schwingungsbewegungen des Sensors mittels der Aktuatoreinrichtung mindestens teilweise zu kompensieren. Die Aktuatoreinrichtung befindet sich somit im Übergangsbereich von der Bewegungseinrichtung zu dem Sensor. Daher ist die bei der Kompensation der Schwingungsbewegungen des Sensors bewegte Masse klein. Insbesondere müssen nicht wesentliche Teile der Bewegungseinrichtung angetrieben werden, um Schwingungen zu kompensieren.
Insbesondere wird vorgeschlagen: Eine Anordnung zum Vermessen eines Messobjekts, insbesondere zur Bestimmung von Koordinaten des Messobjekts, wobei die Anordnung Folgendes aufweist:

- eine Bewegungseinrichtung, die ausgestaltet ist, einen während eines Betriebes der Anordnung an der Anordnung gehaltenen Sensor, welcher zur Erfassung des Messobjekts ausgestaltet ist, relativ zu dem Messobjekt zu bewegen,
- eine Aktuatoreinrichtung, über die der Sensor während des Betriebes der Anordnung mit der Bewegungseinrichtung gekoppelt ist und die ausgestaltet ist, Schwingungsbewegungen des Sensors mindestens teilweise zu kompensieren,
- eine Schwingungsmesseinrichtung, die ausgestaltet ist, Informationen über Schwingungen der Anordnung und/oder des Sensors durch Messung zumindest einer Messgröße zu erzeugen,
- eine Steuereinrichtung, die mit der Schwingungsmesseinrichtung und der Aktuatoreinrichtung verbunden ist und die ausgestaltet ist, die Aktuatoreinrichtung derart anzusteuern, dass die Schwingungsbewegungen des Sensors mindestens teilweise kompensiert werden.

Ferner wird vorgeschlagen: Ein Verfahren zum Vermessen eines Messobjekts, insbesondere zur Bestimmung von Koordinaten des Messobjekts, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- ein Sensor wird mittels einer Bewegungseinrichtung relativ zu einem Messobjekt bewegt, um den Sensor in eine Erfassungsposition zur Erfassung des Messobjekts zu bringen,
- Informationen über Schwingungen der Bewegungseinrichtung, des Sensors und/oder zumindest einem mit der Bewegungseinrichtung und/oder dem Sensor verbundenen Einrichtung werden durch Messung zumindest einer Messgröße erzeugt,
- eine Aktuatoreinrichtung, über die der Sensor mit der Bewegungseinrichtung gekoppelt ist, wird unter Berücksichtigung der Informationen über die Schwingungen von einer Steuereinrichtung derart angesteuert, dass Schwingungsbewegungen des Sensors mindestens teilweise kompensiert werden.

Die Bewegungseinrichtung kann beliebiger Art sein. Sie weist mindestens ein bewegliches Teil auf, an den der Sensor angekoppelt ist und durch dessen Bewegung, der Sensor bewegt wird. Außerdem weist die Bewegungseinrichtung mindestens einen Antrieb zur Erzeugung der Bewegung des beweglichen Teils auf. Insbesondere kann die Bewegungseinrichtung mehrere bewegliche Teile aufweisen, die auch relativ zu einander beweglich sind, wobei zwei oder mehr relativ zu einander bewegliche Teile direkt miteinander beweglich gekoppelt sein können und/oder lediglich indirekt miteinander beweglich gekoppelt sein können. Insbesondere sind zahlreiche Arten von seriellen und/oder parallelen Kinematiken bekannt. Die Art der Bewegungseinrichtung ergibt sich aus der jeweiligen Art der Messanordnung. Zum Beispiel im Fall eines Koordinatenmessgeräts in Portalbauweise ist die Kinematik bekanntermaßen seriell, wobei eine Beweglichkeit bezüglich dreier Linearachsen vorhanden ist. Zum Beispiel bei Gelenkarmrobotern sind jeweils zwei direkt miteinander beweglich gekoppelte Arme jeweils über mindestens ein Gelenk miteinander gekoppelt. Bekannt sind zum Beispiel Gelenkarmroboter mit sechs Gelenken, die jeweils einen rotatorischen Freiheitsgrad der Bewegung haben. Die rotatorischen Freiheitsgrade der sechs Gelenke sind dabei nicht unabhängig voneinander, d.h. eine Rotation eines ersten Gelenks kann durch eine Rotation eines zweiten Gelenks ganz oder teilweise ausgeglichen werden.
Unter dem Sensor, welcher zur Erfassung des Messobjekts ausgestaltet ist, wird eine Einrichtung verstanden, die zumindest ein Messsignal im Zuge der Erfassung des Messobjekts erzeugt. Der Sensor kann ein taktiler und/oder berührungslos arbeitender Sensor sein. Ein taktiler Sensor tastet das Messobjekt ab, indem er die Oberfläche des Messobjekts kontaktiert. Dabei kann es sich insbesondere um einen Sensor vom schaltenden Typ handeln oder um einen messenden Sensor.
Insbesondere kann es sich bei dem Sensor um einen optischen Sensor handeln. Neben optischen Sensoren gibt es noch andere berührungslos arbeitende Sensoren wie zum Beispiel Sensoren zur Messung einer elektrischen Kapazität oder einer elektrischen Induktivität. Häufig werden optische Sensoren zur Vermessung eines Werkstücks, zur Überprüfung von Merkmalen eines Werkstücks und/oder zur Qualitätssicherung bei der Bearbeitung und/oder Herstellung eines Werkstücks eingesetzt. Optische Sensoren werden insbesondere als Komponenten von maschinengeführten Scannern verwendet. Unter optischen Sensoren werden Sensoren verstanden, die elektromagnetische Strahlung jeglicher Wellenlänge von dem Werkstück empfangen und erfassen. In Bezug auf die vorliegende Erfindung werden insbesondere bildgebende optische Sensoren betrachtet, wobei es sich bei dem Bild um ein eindimensionales, zweidimensionales oder dreidimensionales Bild handeln kann. Eindimensionale Bilder werden z.B. von Sensoren mit einer Zeilenmatrix aus Sensorelementen erzeugt. Z.B. handelsübliche Digitalkameras erzeugen zweidimensionale Bilder. Es ist beispielsweise aber auch möglich, dass zweidimensionale Bereiche des Messobjekts unter Verwendung von Punktsensoren oder eindimensionalen Sensoren gescannt werden und auf diese Weise zweidimensionale Bilder erzeugt werden. Dreidimensionale Bilder können z.B. von TOF (Time Of Flight) Kameras erzeugt werden. Eine andere Möglichkeit hierzu bieten Stereo-Kamerasysteme oder Muster-Projektionssysteme.
In vielen Fällen bildet der Sensor eine bautechnische Einheit mit weiteren Teilen, die der Ankopplung des Sensors an die Bewegungseinrichtung zum Beispiel über eine Wechselschnittstelle, der Weiterleitung von Signalen des Sensors und optional auch der Verarbeitung von Signalen des Sensors dienen. Auch kann die bautechnische Einheit des Sensors zumindest eine Einrichtung zum Betreiben des Sensors aufweisen, wie zum Beispiel eine Steuerung des Sensors. Z. B. im Fall einer Kamera kann es sich um eine Kamerasteuerung handeln, wie zum Beispiel eine Zoom-Einrichtung und/oder Steuerung der Bildaufnahme. Im Fall eines taktilen Sensors kann es sich um eine Einrichtung zur Erzeugung einer Antastkraft handeln. Die bautechnische Einheit kann optional an die Bewegungseinrichtung angekoppelt und wieder davon abgekoppelt werden.
Die bautechnische Einheit des Sensors kann die Aktuatoreinrichtung aufweisen, die ausgestaltet ist, Schwingungsbewegungen des Sensors mindestens teilweise zu kompensieren. Bevorzugt wird im Rahmen der Erfindung jedoch, die bautechnische Einheit des Sensors über die Aktuatoreinrichtung mit der Bewegungseinrichtung zu koppeln. In diesem Fall kann die bautechnische Einheit des Sensors optional von der Aktuatoreinrichtung abgekoppelt werden bzw. an diese angekoppelt werden. Dies ermöglicht es insbesondere, verschiedene Sensoren über die Aktuatoreinrichtung an die Bewegungseinrichtung anzukoppeln. Die verschiedenen Sensoren bzw. gegebenenfalls deren bautechnische Einheiten verhalten sich bezüglich Schwingungen unterschiedlich. Aufgrund der Schwingungsmesseinrichtung und bei einer entsprechenden Ausgestaltung der Steuereinrichtung kann in jedem Fall eine schnelle Kompensation der Schwingungsbewegungen des Sensors erzielt werden.
Die Aktuatoreinrichtung weist zumindest eine Einheit auf, die eine Bewegung des zumindest während des Betriebes der Messanordnung mit der Aktuatoreinrichtung gekoppelten Sensors erzeugt, wenn sie entsprechend von der Steuereinrichtung angesteuert wird. Dabei kann es sich zum Beispiel um einen Elektromotor handeln, wie zum Beispiel einen Linearmotor, oder um eine Tauchspule mit Tauchanker. Ein Elektromotor und eine Tauchspule weisen Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Feldes auf, wie zum Beispiel eine Spule oder ein Spulensystem, wobei durch das magnetische Feld eine Kraft bzw. ein Moment erzeugt wird, welches ein bewegliches Teil antreibt.
Die Einheit, die eine Bewegung des mit der Aktuatoreinrichtung gekoppelten Sensors erzeugt und die somit definitionsgemäß ein Motor ist, kann jedoch auch ein anderes Funktionsprinzip haben. Zum Beispiel sind piezoelektrische Elemente als Motor geeignet. Je nach gewünschter Bewegungsamplitude können mehrere piezoelektrische Elemente miteinander kombiniert (insbesondere gestapelt) sein/werden. Da zur Korrektur von Schwingungen oft nur kleine Bewegungsamplituden benötigt werden, sind einzelne piezoelektrische Elemente oder Kombinationen einer geringen Anzahl von piezoelektrischen Elementen in vielen Fällen ausreichend. Sie werden insbesondere als die unten beschriebenen Motoren mit linearer Bewegungsachse bevorzugt. Piezoelektrische Elemente und andere Motoren und Stellglieder mit geringer Massenträgheit haben den Vorteil, dass durch entsprechende Ansteuerung mittels einer zeitabhängigen elektrischen Spannung eine Kompensationsbewegung und/oder Kompensationskraft über einen großen Frequenzbereich erzeugbar ist/sind. Sie sind daher gut für den in der Koordinatenmesstechnik häufig vorkommenden Fall geeignet, dass sich die Frequenzen der angeregten Schwingungen abhängig von dem Bewegungszustand der Bewegungseinrichtung und des Sensors, abhängig von der Art und Masse des Sensors und abhängig davon ändern können, ob und mit welcher Kraft der Sensor ein Werkstück taktil antastet. Auch bei unterschiedlichen Resonanzfrequenzen verschiedener Sensoren können auf diese Weise ohne Mehraufwand die Schwingungsbewegungen des jeweiligen Sensors kompensiert werden.
Besonders gut geeignet sind die in dieser Beschreibung beschriebene Anordnung und das beschriebene Verfahren im Fall des scannenden Vermessens von Werkstücken, d. h. wenn fortlaufend während der Bewegung des Sensors Messinformationen gewonnen werden. Der Sensor wird daher fortlaufend in eine neue Erfassungsposition zur Erfassung des Messobjekts gebracht.
Ferner bevorzugt wird, dass die Aktuatoreinrichtung nicht lediglich einen Motor sondern eine Mehrzahl von Motoren aufweist. Jeder Motor kann unabhängig von dem anderen Motor oder den anderen Motoren durch die Steuereinrichtung angesteuert werden. Bei einer Ausgestaltung ist jeder der Motoren dazu eingerichtet und angeordnet, eine Bewegung bezüglich eines einzigen linearen (geradlinigen) Freiheitsgrades der Bewegung zu erzeugen. Anders ausgedrückt hat jeder Motor eine lineare Bewegungsachse. Hierdurch ist es möglich Schwingungen des Sensors bezüglich mehrerer linear voneinander unabhängiger Freiheitsgrade der Bewegung zu kompensieren. Die linearen Bewegungsachsen der Motoren müssen jedoch nicht unabhängigen Freiheitsgrade entsprechen, sondern können auch andere als rechte Winkel zueinander aufweisen.
Bei einer Ausgestaltung sind die linearen Bewegungsachsen von zumindest zwei Motoren der Aktuatoreinrichtung parallel zueinander. Zusätzlich ist die Aktuatoreinrichtung derart drehbeweglich, dass die Linearbewegung zumindest eines der Motoren mit parallelen Bewegungsachsen zu einer Drehbewegung des an die Aktuatoreinrichtung angekoppelten Sensors führt und optional zu einer Überlagerung der Linearbewegung und einer Drehbewegung. Insbesondere können die Motoren mit parallelen Bewegungsachsen Teile einer Parallelkinematik sein, bei der die Aktuatoreinrichtung über ein erstes Kopplungselement mit der Bewegungseinrichtung gekoppelt ist und über ein zweites Kopplungselement mit dem Sensor gekoppelt ist oder koppelbar ist. Dabei sind die Motoren mit den parallelen Bewegungsachsen an einer Seite mit dem ersten Kopplungselement und an einer gegenüberliegenden Seite mit dem zweiten Kopplungselement gekoppelt. Dabei sind das erste und das zweite Kopplungselement den Motoren mit parallelen Bewegungsachsen gemeinsame Kopplungselemente. In der Praxis kommen Kopplungselemente vor, die als Plattformen bezeichnet werden. Dabei handelt es sich insbesondere um plattenförmige Kopplungselement.
Durch eine von dem jeweiligen Motor oder von mehreren Motoren erzeugte Bewegung entsteht daher eine Relativbewegung des ersten und zweiten Kopplungselements. Vorzugsweise sind dabei die Motoren mit den parallelen Bewegungsachsen drehbeweglich mit dem ersten Kopplungselement und/oder drehbeweglich mit dem zweiten Kopplungselement verbunden. Zum Beispiel kann das erste Kopplungselement oder das zweite Kopplungselement jeweils über ein Gelenk drehbeweglich mit den Motoren mit parallelen Bewegungsachsen gekoppelt sein. Insbesondere können drei Motoren mit parallelen Bewegungsachsen vorhanden sein. In diesem Fall wird es bevorzugt, dass jeder der drei Motoren über ein Kugelgelenk oder kardanisch bewegliches Gelenk mit zumindest einem der Kopplungselemente drehbeweglich verbunden ist. Für jegliches Gelenk der Aktuatoreinrichtung wird bevorzugt, dass dieses spielfrei ist. Dies gilt nicht nur für die zuvor beschriebene Ausführungsform.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Aktuatoreinrichtung mit einer Mehrzahl von Motoren verlaufen die linearen Bewegungsachsen verschiedener Motoren nicht parallel zueinander, aber auch nicht senkrecht zueinander. Auch in diesem Fall wird es bevorzugt, dass die Aktuatoreinrichtung über ein erstes Kopplungselement mit der Bewegungseinrichtung gekoppelt ist und über ein zweites Kopplungselement mit dem Sensor gekoppelt ist oder koppelbar ist. Dabei sind die Motoren mit den linearen Bewegungsachsen an einer Seite mit dem ersten Kopplungselement und an einer gegenüberliegenden Seite mit dem zweiten Kopplungselement gekoppelt und ist jeder der Motoren über ein Gelenk (vorzugsweise ein Kugelgelenk oder kardanisch bewegliches Gelenk) beweglich mit zumindest einem der Kopplungselement verbunden. Eine spezielle Art dieser Ausgestaltung stellt ein Hexapod dar, wodurch eine Bewegung des Sensors bezüglich aller sechs voneinander unabhängigen Freiheitsgrade der Bewegung, d. h. der drei voneinander unabhängigen linearen Freiheitsgrade der Bewegung und der drei voneinander unabhängigen rotatorischen Freiheitsgrade der Bewegung, ermöglicht wird.
Die Aktuatoreinrichtung kann auch bei einer Ausführungsform mit lediglich einem Motor über ein erstes Kopplungselement mit der Bewegungseinrichtung gekoppelt sein und über ein zweites Kopplungselement mit dem Sensor gekoppelt sein oder koppelbar sein. Zum Beispiel können das erste und das zweite Kopplungselement zusätzlich über zumindest eine gelenkige Verbindung miteinander verbunden sein, wobei die gelenkige Verbindung keinen Motor aufweist oder keinen Motor aufweist, der eine Bewegung entlang einer linearen Bewegungsachse antreibt.
In jedem Fall kann die Aktuatoreinrichtung zumindest einen Motor aufweisen, durch den eine lineare Relativbewegung des ersten und des zweiten Kopplungselements erzeugbar ist, insbesondere eine lineare Relativbewegung, die zu einer Vergrößerung oder Verkleinerung des Abstandes zwischen den Kopplungselementen führt.
Insbesondere kann das erste Kopplungselement dabei über eine Kombination des Motors mit einer gelenkigen Verbindung mit dem zweiten Kopplungselement verbunden sein. Dies ermöglicht eine Überlagerung der linearen Bewegung mit einer Drehbewegung an dem Gelenk oder auch lediglich eine Drehbewegung, wenn der Motor momentan keine lineare Bewegung antreibt, die zu einer linearen Relativbewegung des ersten und des zweiten Kopplungselement im Bereich der gelenkigen Verbindung führt. Insbesondere kann die gelenkige Verbindung durch das im Folgenden beschriebene Gelenk realisiert sein.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Gelenks weist einen insbesondere monolithischen Körper auf, der mit einem Motor der Aktuatoreinrichtung kombiniert ist. Unter monolithisch wird verstanden, dass der Körper aus einem einzigen Stück eines homogenen Werkstoffs besteht. Der Körper ist dabei steif in Bewegungsrichtung des Motors und elastisch verformbar in quer dazu verlaufenden Richtungen. Die von dem Motor erzeugte Kraft bzw. Bewegung wird daher über das Gelenk ohne Veränderung übertragen. Insbesondere kann der monolithische Körper daher Teil einer gelenkigen Verbindung zwischen dem Motor und einem der Kopplungselemente sein oder diese gelenkige Verbindung bilden. Die Elastizität in quer dazu verlaufenden Richtungen ermöglicht durch andere Motoren verursachte lineare Bewegungen und/oder durch mehrere Motoren mit parallelen linearen Bewegungsachsen erzeugte Drehbewegungen bzw. Drehmomente. Ein Beispiel für einen geeigneten insbesondere monolithischen Körper stellt ein zylindrischer Körper wie beispielsweise ein Metalldraht dar.
Der monolithische Körper kann jedoch in einer anderen Ausgestaltung nicht zylindrisch sein, sondern zumindest einen Längsabschnitt aufweisen, in dem der Körper geringeren Widerstand gegen eine elastische Verformung aufweist als in zumindest einem anderen Abschnitt. Durch die elastische Verformung wird der Körper abgewinkelt, was einer Drehung eines Teils des Körpers um eine quer zu seiner Längsachse verlaufende Drehachse entspricht. Zum Beispiel wenn der Körper in einem entspannten Zustand gerade entlang seiner Längsachse verläuft und dann Biegekräfte insbesondere aufgrund einer von dem zugeordneten Motor verursachten Bewegung auftreten, verformt sich der Körper in dem zumindest einen Längsabschnitt mit geringerem Widerstand gegen eine elastische Verformung, sodass er dadurch gebogen verläuft. Es ist gibt jedoch auch Ausführungsformen, bei denen der monolithische Körper im entspannten Zustand bereits gebogen ist und durch die Biegekräfte entweder in einen Zustand mit geringerer Biegung (d. h. mit größerem Biegeradius) oder keiner Biegung oder in einen Zustand mit größerer Biegung (d. h. mit kleinerem Biegeradius) gebracht wird. Zum Beispiel kann der monolithische Körper ein Metalldraht sein, der in dem genannten Längsabschnitt eine Aussparung oder umlaufende Einschnürung aufweist. Ein monolithischer Körper mit zumindest einem solchen Längsabschnitt hat den Vorteil, dass die Biegung des Körpers in einem definierten Bereich stattfindet.
Insbesondere kann bei der Ausgestaltung des monolithischen Körpers mit zumindest einem solchen Längsabschnitt eine Führung vorgesehen sein, die bei der Einwirkung der Biegekräfte eine Relativbewegung des ersten oder des zweiten Kopplungselements und des monolithischen Körpers führt, und zwar entlang der Längsachse des monolithischen Körpers. Die Führung ist mit demjenigen der beiden Kopplungselemente verbunden, das die Relativbewegung zu dem monolithischen Körper ausführt. Die Führung führt die Relativbewegung derart, dass sich der monolithische Körper ungefähr entlang seiner Längsachse relativ zu der Führung bewegt.
Anders formuliert wird eine Anordnung vorgeschlagen, bei der die Aktuatoreinrichtung über ein erstes Kopplungselement mit der Bewegungseinrichtung gekoppelt ist und über ein zweites Kopplungselement mit dem Sensor gekoppelt ist oder koppelbar ist, wobei die Aktuatoreinrichtung zumindest einen Motor aufweist, durch den eine lineare Relativbewegung des ersten und des zweiten Kopplungselements erzeugbar ist. Das erste Kopplungselement ist über eine Kombination des Motors mit einer gelenkigen Verbindung mit dem zweiten Kopplungselement verbunden, wobei

- der Motor an einer Seite direkt oder indirekt mit dem ersten Kopplungselement und an einer gegenüberliegenden Seite über die gelenkige Verbindung mit dem zweiten Kopplungselement verbunden ist, wobei eine Führung, die zur Führung der linearen Relativbewegung an der gelenkigen Verbindung ausgestaltet ist, mit dem ersten Kopplungselement verbunden ist, oder
- der Motor an einer Seite direkt oder indirekt mit dem zweiten Kopplungselement und an einer gegenüberliegenden Seite über die gelenkige Verbindung mit dem ersten Kopplungselement verbunden ist, wobei eine Führung, die zur Führung der linearen Relativbewegung an der gelenkigen Verbindung ausgestaltet ist, mit dem zweiten Kopplungselement verbunden ist.

Das Verfahren zum Vermessen eines Messobjekts kann entsprechend ausgestaltet sein.
Insbesondere wenn der Motor ein Linearmotor ist und speziell wenn er zumindest ein piezoelektrisches Element aufweist, ist der Motor empfindlich gegen Kräfte, die auf ihn quer zur Richtung der Linearachse einwirken. Die Linearachse ist diejenige Achse, entlang der der Motor die Linearbewegung erzeugt. Vorzugsweise verläuft diese ungefähr in Richtung einer Längsachse der gelenkigen Verbindung. In manchen Betriebszuständen kann die Linearachse auch exakt in Richtung der Längsachse verlaufen. Dies ist insbesondere abhängig von dem Biegezustand der gelenkigen Verbindung. Entlang dieser Längsachse verbindet die gelenkige Verbindung den Motor mit dem Kopplungselement, welches die gelenkige Verbindung mit dem Motor verbindet. Die Führung, welche mit dem anderen Kopplungselement verbunden ist, erfüllt daher nicht nur die Funktion der Führung der Relativbewegung des ersten oder des zweiten Kopplungselements entlang der Längsachse, sondern stabilisiert auch den Motor und schützt ihn somit zumindest teilweise vor der Einwirkung der Querkräfte.
Wie bereits erwähnt kann die gelenkige Verbindung einen monolithischen Körper aufweisen, der bei Einwirkung einer Biegekraft elastisch verbogen wird und dadurch eine Bewegung eines Gelenks ausführt. Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens wird daher die gelenkige Verbindung in Form des monolithischen Körpers verwendet. Auch wurde bereits erwähnt, dass der monolithische Körper zumindest einen Längsabschnitt aufweisen kann, in dem der Körper geringeren Widerstand gegen eine elastische Verformung aufweist als in zumindest einem anderen Abschnitt.
Allgemeiner formuliert erweitert die Kombination zumindest eines linearen Freiheitsgrades der Bewegung und zumindest eines rotatorischen Freiheitsgrades der Bewegung, die durch eine Ausgestaltung der Aktuatoreinrichtung realisiert wird, die Möglichkeiten der Kompensation von Schwingungen des Sensors. Es wird daher bevorzugt, dass eine Mehrzahl der Motoren dazu eingerichtet und angeordnet ist, jeweils eine Bewegung bezüglich eines einzigen linearen Freiheitsgrades oder eines einzigen rotatorischen Freiheitsgrades der Bewegung zu erzeugen. Dabei können mehrere der Motoren der Aktuatoreinrichtung wie zum Beispiel bei dem Hexapod Teil einer Parallelkinematik sein und/oder Teil einer seriellen Kinematik sein. Bei der seriellen Kinematik werden durch die Bewegung eines näher an der Bewegungseinrichtung angeordneten Motors auch alle näher an dem Sensor angeordneten Motoren bewegt. Dabei bezieht sich „näher“ auf die Position im Verlauf der kinematischen Kette von Motoren. Dies bedeutet daher nicht notwendigerweise, dass der jeweilige Motor auch geometrisch näher ist, d.h. einen geringeren geometrischen Abstand hat.
Zum Beispiel kann der Betrieb einer Messeinrichtung im Hinblick auf die Schwingungsamplituden des Sensors bezogen auf eine Mehrzahl der sechs unabhängigen Freiheitsgrade der Bewegung analysiert werden und kann dann eine geeignete Ausgestaltung der Aktuatoreinrichtung gewählt werden, die die Schwingungen des Sensors bei entsprechender Ansteuerung durch die Steuereinrichtung soweit kompensiert, dass die Schwingungsamplituden bezüglich eines oder mehrerer der Freiheitsgrade der Bewegung auf einen vorgegebenen maximalen Amplitudenwert reduziert sind. Dabei können die Amplitudenwerte für verschiedene der Freiheitsgrade der Bewegung optional unterschiedlich vorgegeben werden. Anschließend wird der Sensor über die so gewählte Aktuatoreinrichtung mit der Bewegungseinrichtung gekoppelt und beim erneuten Betrieb der Messeinrichtung die zumindest teilweise Kompensation der Schwingungen des Sensors durchgeführt.
Zumindest einer der Mehrzahl von Motoren der Aktuatoreinrichtung kann ausgestaltet sein, eine Drehbewegung zu erzeugen. Insbesondere sind Mikromotoren dafür geeignet, wie sie aus der Dentaltechnik bekannt sind. Insbesondere wenn nur sehr kleine Bewegungen zur Schwingungskompensation benötigt werden, wird die Nutzung von Motoren mit linearen Bewegungsachsen bevorzugt, da diese sehr steif bezüglich anderer Bewegungsachsen hergestellt werden können. Dies gilt insbesondere für Motoren mit zumindest einem piezoelektrischen Element. Generell werden Motoren oder andere Stellglieder wie Kraftgeneratoren bevorzugt, die steif bezüglich aller anderen Freiheitsgrade der Bewegung gebaut sind, welche nicht Freiheitsgrade der Bewegung sind, bezüglich denen der Motor oder das Stellglied die Kompensation der Schwingung bewirkt oder dazu beiträgt.
Die Anordnung kann eine Sensorhalterung aufweisen, die ausgestaltet ist, einen zur Erfassung des Messobjekts ausgestalteten Sensor zu halten. In besonderer Ausgestaltung der Sensorhalterung ist der Sensor oder ist wahlweise einer von verschiedenen Sensoren an die Sensorhalterung ankoppelbar und wieder davon abkoppelbar. Bekannt sind zum Beispiel Dreipunktlagerungen, die magnetisch und/oder mechanisch gegen unbeabsichtigtes Lösen der Kopplung gesichert sind. Die Sensorhalterung kann Teil der Bewegungseinrichtung sein. In diesem Fall kann die Aktuatoreinrichtung Teil der bautechnischen Einheit des Sensors und/oder Teil der Sensorhalterung sein. Wenn zumindest ein Teil der Aktuatoreinrichtung von der Sensorhalterung abkoppelbar ist, dann kann außer der Schnittstelle zur mechanischen Ankopplung der bautechnischen Einheit des Sensors insbesondere auch eine Schnittstelle zur Übertragung von Signalen zu diesem Teil der Aktuatoreinrichtung bzw. zu der gesamten Aktuatoreinrichtung vorhanden sein. Bei den Signalen kann es sich um Messsignale der Schwingungsmesseinrichtung und/oder um Steuersignale handeln.
Wenn der Sensor nicht abkoppelbar mit der Bewegungseinrichtung verbunden ist, dann endet die Bewegungseinrichtung an der Aktuatoreinrichtung oder an dem Sensor. Dabei wird z. B. ein Sensorgehäuse als Teil des Sensors betrachtet. Die Aktuatoreinrichtung ist in diesem Fall daher Teil der Bewegungseinrichtung oder eine separate Einrichtung über die der Sensor mit der Bewegungseinrichtung gekoppelt ist. In dem letztgenannten Fall ist nicht ausgeschlossen, dass zusätzlich zu der Aktuatoreinrichtung zumindest ein Bauteil der Anordnung vorgesehen ist, über das der Sensor direkt mit der Bewegungseinrichtung verbunden ist, zum Beispiel ein Gelenk.
Die Schwingungsmesseinrichtung kann insbesondere ausgestaltet sein, fortlaufend die Position, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung zumindest eines Teils der Basis, der Bewegungseinrichtung, der Aktuatoreinrichtung und/oder des Sensors zu bestimmen und/oder zu messen. Alternativ oder zusätzlich kann sie eine Kraft auf einen Teil oder ein Moment eines Teils der Bewegungseinrichtung, der Aktuatoreinrichtung und/oder des Sensors zum Vermessen eines Messobjekts bestimmen. Die Schwingungsmesseinrichtung weist daher zumindest einen Messsensor auf, der eine primäre Messgröße des Teils fortlaufend erfasst, insbesondere kontinuierlich oder quasikontinuierlich. Zum Beispiel kann die Messgröße zyklisch beispielsweise in jedem Arbeitstakt des Messsensors oder der Schwingungsmesseinrichtung ein Mal erfasst werden. Bei der Messgröße kann es sich zum Beispiel um die Beschleunigung oder die Position des Teils bezüglich mindestens eines Freiheitsgrades der Bewegung und vorzugsweise bezüglich aller drei linear unabhängigen Freiheitsgrade der Bewegung handeln und optional auch bezüglich zumindest eines rotatorischen Freiheitsgrades der Bewegung handeln. Besonders bevorzugt wird, dass die Beschleunigung des Teils bezüglich aller sechs voneinander unabhängigen Freiheitsgrade der Bewegung gemessen wird. Es ist auch möglich, dass die Schwingungsmesseinrichtung Sensoren aufweist, die unterschiedliche primäre Messgrößen wie zum Beispiel einerseits die Position und andererseits die Beschleunigung des Teils oder verschiedener Teile messen. Bei der Schwingungsmesseinrichtung kann es sich insbesondere um eine verteilte Einrichtung handeln, bei der zum Beispiel mehrere Messsensoren auf verschiedene Orte verteilt sind. Optional kann die Schwingungsmesseinrichtung eine zentrale Einrichtung aufweisen, um die Messwerte je nach Ausgestaltung eines Sensors oder mehrerer Sensoren zu verarbeiten und/oder zu der Steuereinrichtung auszugeben.
Wenn die primäre Messgröße die Beschleunigung eines Teils ist, dann wird es bevorzugt, daraus die Position des Teils durch zweifache Integration über die Zeit zu ermitteln. Bei der Messung der Beschleunigung kann es vorkommen, dass die gemessene Beschleunigung systematisch von der tatsächlichen Beschleunigung abweicht. Wenn dann auf Grundlage der gemessenen Beschleunigung die Steuereinrichtung die Aktuatoreinrichtung zur zumindest teilweisen Kompensation der Schwingungen des Sensors ansteuert, kann sich die Position des Sensors kontinuierlich von der gewünschten Position entfernen. Dies wird auch als „Wegdriften“ bezeichnet. Ein solches Wegdriften kann aber auch bei einer anderen Ausgestaltung der Gewinnung der Informationen über die Schwingungen der Anordnung und/oder des Sensors vorkommen. Um dies zu vermeiden, wird es bevorzugt, dass zusätzlich zu der Beschleunigung eine für die Position des Sensors aussagekräftige Position oder andere Messgröße gemessen wird (zum Beispiel am Sensor oder an der Aktuatoreinrichtung oder an der Bewegungseinrichtung oder an der Basis) und der gemessene Positionswert von der Steuereinrichtung berücksichtigt wird. Als Messsensoren für die Position des Sensors kommen zum Beispiel auch kapazitive Wegmesssensoren oder Dehnmessstreifen infrage.
Wenn die primäre Messgröße die Kraft auf das Teil ist, dann kann dies zum Beispiel mittels der schwingenden Masse in die Beschleunigung des Teils umgerechnet werden und dann wie bei der Messung der Beschleunigung vorgegangen werden. Es ist jedoch auch möglich, aus der gemessenen Kraft die erforderliche Gegenkraft zur Kompensation der Schwingungen des Sensors zu ermitteln und die Aktuatoreinrichtung entsprechend anzusteuern.
Es wird bevorzugt, dass nicht nur die Beschleunigung des Sensors, entweder durch direkte Messung am Sensor und/oder indirekt an der Anordnung, ermittelt wird und für die zumindest teilweise Kompensation der Schwingungsbewegungen des Sensors verwendet wird. Vielmehr wird bevorzugt, dass außerdem die Beschleunigung des von dem Sensor vermessenen oder zu vermessenden Werkstücks gemessen wird. Für die Kompensation der Schwingungsbewegungen des Sensors durch Ansteuerung der Aktuatoreinrichtung wird in diesem Fall die Differenz der Beschleunigung des Sensors zu der Beschleunigung des Werkstücks als zeitabhängige Information verwendet. Dies hat den Vorteil, dass auch Schwingungen des Werkstücks zumindest teilweise kompensiert werden können. Für die Vermessung des Werkstücks kommt es darauf an, dass der Sensor und das Werkstück relativ zueinander möglichst schwingungsfrei sind. Um die Beschleunigung des Werkstücks zu messen, kann in der Nähe des Werkstücks, wie zum Beispiel an einem Werkstückhalter, zumindest ein Beschleunigungssensor angeordnet sein.
Wenn in dieser Beschreibung von der Position des Sensors der Rede ist, dann ist darunter insbesondere die Position des sogenannten TCP (Abkürzung für den englischen Fachbegriff „Tool Center Point“) zu verstehen.
Ferner wird es bevorzugt, dass die Beschleunigung des Sensors hochpassgefiltert wird, bevor die entsprechenden Informationen für die Ansteuerung der Aktuatoreinrichtung genutzt werden. Anders ausgedrückt findet die zumindest teilweise Kompensation der Schwingungsbewegungen des Sensors vorzugsweise auf Basis hochpassgefilterter Beschleunigungsmesswerte für den Sensor statt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass niederfrequente Beschleunigungen, die mindestens zu einem großen Anteil aus der Bewegung des Sensors mittels der Bewegungseinrichtung resultieren, einerseits beabsichtigt sind und andererseits durch andere Maßnahmen der Schwingungskorrektur zum Beispiel unmittelbar an den Antrieben kompensiert werden können. Die Amplituden von Schwingungen aufgrund dieser niederfrequenten Beschleunigungen sind in der Regel erheblich größer als die Amplituden der hochfrequenten Schwingungen am Sensor. Von Vorteil ist die Hochpassfilterung daher auch, weil die benötigten Stellwege, d. h. die von der Aktuatoreinrichtung erzeugten Amplituden kleiner sind und die Aktuatoreinrichtung entsprechend kompakter und kleiner realisiert werden kann. Zum Beispiel können daher auch in vielen Fällen piezoelektrische Elemente als Motoren der Aktuatoreinrichtung verwendet werden, im Gegensatz zu Motoren insbesondere mit elektromagnetischem Antrieb oder anderen Stelleinrichtungen mit größerem Stellweg als bei piezoelektrischen Elementen. Dadurch verringert sich auch die Trägheit der Motoren und der gesamten Aktuatoreinrichtung, wodurch wiederum schneller auf angeregte Schwingungen reagiert werden kann und diese kompensiert werden können. Eine Möglichkeit der Hochpassfilterung besteht darin, einen Beschleunigungssensor zu verwenden, der nicht oder nur in geringem Maß für Beschleunigungen mit niedrigen Frequenzen sensitiv ist.
Bevorzugtermaßen wird die Beschleunigung, mit der der Sensor durch die Bewegungseinrichtung bewegt wird, von der für den Sensor gemessenen Beschleunigung subtrahiert, und werden auf Grundlage der resultierenden Differenz die Schwingungen des Sensors zumindest teilweise kompensiert. Insbesondere kann die resultierende Differenz wie zuvor beschrieben hochpassgefiltert werden. Bei der Beschleunigung, mit der der Sensor durch die Bewegungseinrichtung bewegt wird, handelt es sich insbesondere um die der Steuerung der Bewegungseinrichtung bekannte Beschleunigung, insbesondere um die Soll-Beschleunigung oder die aus einem Messsystem der Bewegungseinrichtung und/oder zumindest von Antrieb der Bewegungseinrichtung erhaltene Beschleunigung. Insbesondere kann die Beschleunigung, mit der der Sensor durch die Bewegungseinrichtung bewegt wird, zumindest zeitweise konstant sein, nicht periodisch sein und/oder ausschließlich niedrige Frequenzen aufweisen. Hierdurch kann auf einfache Art ein erheblicher Anteil der am Sensor wirksamen Beschleunigung eliminiert werden und daher nicht für die zumindest teilweise Kompensation der Schwingungsbewegungen des Sensors berücksichtigt werden.
Eine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass die Messsensoren an einem oder verschiedenen Teilen der Anordnung angeordnet sein können, der/die kinematisch weiter entfernt von dem Sensor ist/sind als die Aktuatoreinrichtung. Zwar ist es möglich, am Sensor zur Vermessung eines Messobjekts unmittelbar einen Messsensor zur Erfassung der primären Messgröße der Schwingungsmesseinrichtung anzuordnen. Insbesondere bei auswechselbaren Sensoren entsteht aber zusätzlicher Aufwand für die Bereitstellung des Messsensors und für die Übertragung der gemessenen Informationen zu der Steuereinrichtung. Zwar ist die Aktuatoreinrichtung nahe an dem Sensor zur Vermessung eines Werkstücks angeordnet, damit die Schwingungsbewegung des Sensors bei geringer Massenträgheit kompensiert werden kann. Die Informationen über die Schwingungsbewegung können aber zumindest auch von dem Sensor entfernt gemessen werden, insbesondere an zumindest einem Teil der Aktuatoreinrichtung, der Bewegungseinrichtung oder der Basis der Anordnung. Die Informationen können zum Beispiel in zumindest einem örtlichen Bereich gemessen werden, in dem Schwingungen der Bewegungseinrichtung angeregt werden, wie zum Beispiel im Bereich eines Antriebs oder an der Basis.
Wenn die Informationen über die Schwingungen nicht oder nicht ausschließlich an dem Sensor gemessen werden, dann wird es bevorzugt, dass die Steuereinrichtung ein mathematisches und/oder physikalisches Modell (insbesondere computerimplementiertes Modell) zur Ansteuerung der Aktuatoreinrichtung verwendet, um die Schwingungen des Sensors zumindest teilweise zu kompensieren. Das Modell erlaubt es insbesondere abzuschätzen und/oder zu berechnen, wie der Sensor schwingen würde, wenn die Schwingung nicht kompensiert werden würde.
In jedem Fall wird es bevorzugt, dass aus den Informationen über die zumindest eine Messgröße an zumindest einem Teil der Anordnung oder des Sensors oder der Basis Informationen über die Amplitude (insbesondere den dreidimensionalen Amplitudenvektor), die Phasenlage und die Frequenz der Schwingungen des Sensors ermittelt werden und die Steuereinrichtung die Aktuatoreinrichtung entsprechend zur zumindest teilweisen Kompensation der Schwingungen ansteuert.
Insbesondere kann die Aktuatoreinrichtung entsprechend einer Frequenzgegenkopplung von der Steuereinrichtung angesteuert werden, wobei unter Frequenzgegenkopplung die Erzeugung einer Gegenbewegung zur Schwingung mit gleicher Frequenz und annähernd gleicher oder gleicher Amplitude zu verstehen ist. Bei der Gegenbewegung zur Schwingung würde der Sensor in der zur Schwingungsbewegung entgegengesetzten Richtung bewegt. Da die Schwingung aber ganz oder teilweise durch die entsprechende Ansteuerung der Aktuatoreinrichtung kompensiert wird, findet weder die Schwingung in der unkompensierten Form noch die Gegenbewegung mit der vollen Amplitude statt. Lediglich wenn eine Schwingung neu angeregt wurde oder verändert wurde, kann es einen Teil einer Schwingungsperiode oder länger dauern, bis die Kompensation Wirkung zeigt. Zu Beginn dieser Phase der Bewegung findet die Schwingung noch mit nahezu der vollen Amplitude statt. Auch in dieser Phase führt der Sensor aber keine Gegenbewegung aus, außer wenn die Schwingung vorübergehend überkompensiert wird.
Die Ansteuerung gemäß der Frequenzgegenkopplung kann mit mindestens 10 Prozent, insbesondere mindestens 20 Prozent und vorzugsweise mindestens 40 Prozent der unter Nutzung der Schwingungsmesseinrichtung ermittelten Schwingungsamplitude erfolgen.
Ab diesen Mindestwerten kann eine signifikante zumindest teilweise Kompensation der Schwingungsbewegung des Sensors erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Ansteuerung gemäß der Frequenzgegenkopplung mit höchstens 90 Prozent, insbesondere höchstens 80 Prozent und vorzugsweise höchstens 70 Prozent der unter Nutzung der Schwingungsmesseinrichtung ermittelten Schwingungsamplitude erfolgen. Eine Frequenzgegenkopplung mit den genannten Höchstwerten hat den Vorteil, dass in vielen Fällen ein Überschwingen der Kompensation, d. h. eine der angeregten Schwingung entgegengesetzte, gegenphasige Bewegung des Sensors vermieden werden kann.
Die Steuereinrichtung kann einen Mikroprozessor aufweisen oder durch einen Mikroprozessor realisiert sein, der insbesondere Teil einer bautechnischen Einheit ist, die auch die Aktuatoreinrichtung aufweist. Als Mikroprozessor kommt insbesondere ein programmierbarer Prozessor wie zum Beispiel ein FPGA (Abkürzung des englischsprachigen Ausdrucks Field Programmable Gate Array) infrage. In jedem Fall weist der Mikroprozessor, der optional aus einer Mehrzahl von Prozessoreinheiten zusammengesetzt sein kann, eine Steuerlogik auf, gemäß der die Aktuatoreinrichtung zur zumindest teilweisen Kompensation der Schwingungsbewegungen des Sensors angesteuert wird. Insbesondere kann der Mikroprozessor an den weiter unten erwähnten Datenbus angeschlossen sein und darüber die zur Steuerung des Betriebs der Aktuatoreinrichtung erforderlichen Informationen erhalten. Auch eine Spannungsversorgung des Mikroprozessors ist über den Datenbus optional realisiert.
Es wird nun ein Ausführungsbeispiel für eine Regelung beschrieben, die in der Lage ist, unter Berücksichtigung der Informationen über Schwingungen des Sensors, der Bewegungseinrichtung und/oder zumindest einer mit der Bewegungseinrichtung und/oder dem Sensor verbundenen Einrichtung die Aktuatoreinrichtung derart anzusteuern, dass die Schwingungsbewegungen des Sensors mindestens teilweise kompensiert werden. Insbesondere kann eine Zustandsregelung verwendet werden, bei der Werte von zwei oder mehr Zustandsgrößen wie insbesondere die Position und Geschwindigkeit oder die Position und Beschleunigung des Sensors Eingangsgrößen der Regelung darstellen. Grundsätzlich ist alternativ oder zusätzlich eine kaskadierte Regelung ähnlich der bei Antrieben eines Koordinatenmessgeräts häufig eingesetzten Regelung möglich. Dabei kann abhängig von der Art der Aktuatoreinrichtung im Unterschied zu der Antriebssteuerung insbesondere die Drehzahlregelung wegfallen. Kaskadiert sind in diesem Fall lediglich zum Beispiel eine Stromregelung für den jeweiligen Motor der Aktuatoreinrichtung und eine Positionsregelung der Position des Sensors.
Insbesondere kann die Regelung ausgestaltet sein wie in der US 2018/0106586 A1 beschrieben, wobei anstelle von Positionsmesswerten des Positionsmesssystems des Koordinatenmessgeräts die oben erwähnten Informationen über die Position des Sensors oder für die Position des Sensors aussagekräftige Position(en) verwendet werden. Als Beschleunigungsmesswerte der in der Druckschrift beschriebenen Regelung werden die Beschleunigungsmesswerte des oben erwähnten zumindest einen Messsensors zur Messung der Beschleunigung verwendet. Das in der Druckschrift erwähnte Rechenmodell kann das oben erwähnte mathematische und/oder physikalische Modell sein.
Eine Ausgestaltung der Anordnung weist eine Signalverbindung von der Schwingungsmesseinrichtung, insbesondere von dem Messsensor oder allen Messsensoren, zu der Steuereinrichtung auf. Vorzugsweise handelt es sich bei der Signalverbindung um einen Datenbus, insbesondere einen echtzeitfähigen Datenbus. Ein solcher Bus hat den Vorteil, dass nicht nur die Signale mit den Messinformationen sondern auch Signale mit anderen Informationen übertragbar sind. In vielen Fällen weisen existierende Messanordnungen bereits einen Datenbus auf.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:

1 schematisch einen Gelenkarmroboter mit einem an dem freien Ende des Gelenkarms angeordneten Sensor zur Vermessung eines Werkstücks,
2 schematisch ein Horizontalarmmessgerät,
3 schematisch ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise,
4 eine Aktuatoreinrichtung mit drei Motoren, wobei an der Aktuatoreinrichtung ein Sensor angeordnet ist,
5 eine Seitenansicht auf die Motoren der Aktuatoreinrichtung aus 4, wobei einer der drei Motoren sich kontrahiert hat und daher eine Drehbewegung der Aktuatoreinrichtung stattgefunden hat,
6 eine Draufsicht auf die Aktuatoreinrichtung aus 4 und 5
7 eine weitere Aktuatoreinrichtung, die eine serielle Kinematik bildet, bei der eine erste Stufe der Kinematik einen rotatorischen Freiheitsgrad der Bewegung bereitstellt und eine zweite Stufe der Kinematik einen linearen Freiheitsgrad der Bewegung bereitstellt,
8 eine Aktuatoreinrichtung, die als Hexapod ausgestaltet ist,
9 schematisch eine Anordnung mit einer Mehrzahl von Messsensoren, einer Steuereinrichtung und einer Stelleinrichtung,
10 eine schematische Detaildarstellung eines Teils einer Aktuatoreinrichtung, zum Beispiel einer der anhand der 4 bis 8 beschriebenen Aktuatoreinrichtungen, wobei ein Kopplungselement über einen Motor, insbesondere einen Linearmotor, und über eine gelenkige Verbindung mit einem weiteren Kopplungselement verbunden ist,
11 die Aktuatoreinrichtung aus 10 in einem anderen Betriebszustand, in dem die gelenkige Verbindung gebogen ist und Teile der gelenkigen Verbindung daher gegenüber dem Betriebszustand von 10 verschwenkt sind,
12 eine schematische Darstellung eines Teils einer Aktuatoreinrichtung ähnlich der in 10 und 11 dargestellten Aktuatoreinrichtung, wobei jedoch die gelenkige Verbindung lediglich einen Gelenk-Längsabschnitt aufweist, der bei der Einwirkung von Biegekräften leichter elastisch verformbarer ist als andere Längsabschnitte und daher als Gelenk funktioniert
13 die Aktuatoreinrichtung aus 12 in einem anderen Betriebszustand, in dem die gelenkige Verbindung gebogen ist und ein Teil der gelenkigen Verbindung daher gegenüber dem Betriebszustand von 12 verschwenkt ist.

Der in 1 dargestellte Gelenkarmroboter 1 weist in dem Ausführungsbeispiel 5 jeweils paarweise über ein Gelenk 4 miteinander gekoppelte Arme 3 auf. Ein erster Arm 3a ist mit der feststehenden Basis 2 des Gelenkarmroboters 1 verbunden und ist unbeweglich mit Ausnahme von unbeabsichtigten Schwingungen. Bei einer alternativen Ausgestaltung kann dieser Arm drehbar mit der Basis gekoppelt sein. Der erste Arm 3a ist über ein erstes Gelenk 4a mit einem zweiten Arm 3b verbunden. Der zweite Arm 3b ist über ein zweites Gelenk 4b mit einem dritten Arm 3c verbunden, welcher über ein drittes Gelenk 4c mit einem vierten Arm 3d verbunden ist. In dem Ausführungsbeispiel ist der letzte Arm mit dem freien Ende des Gelenkarms ein fünfter Arm 3e, der über ein viertes Gelenk 4d mit dem vierten Arm 3d verbunden ist. Am freien Ende des fünften Arms 3e befindet sich ein Kopplungselement 5, welches in dem Ausführungsbeispiel als Plattform ausgebildet ist. An der dem fünften Arm 3e gegenüberliegenden Seite des ersten Kopplungselements 5 sind Stellglieder einer Aktuatoreinrichtung 8 angeordnet. Auf Ausführungsbeispiele von Stellgliedern und Aktuatoreinrichtungen wird noch näher eingegangen. Wenn zumindest ein Stellglied der Aktuatoreinrichtung 8 bewegt wird, zum Beispiel durch Kontraktion oder Expansion eines Stellgliedes, dann wird ein zweites Kopplungselement 6, welches mit den Stellgliedern der Aktuatoreinrichtung 8 verbunden ist, relativ zu dem ersten Kopplungselement 5 bewegt. Je nach Ausgestaltung der Aktuatoreinrichtung können auf diese Weise beliebige Kombinationen von Freiheitsgraden der Bewegung bereitgestellt werden und entsprechende Bewegungen ausgeführt werden. Auf der der Aktuatoreinrichtung 8 gegenüberliegenden Seite des zweiten Kopplungselements 6 ist ein Sensor zur Vermessung eines Werkstücks 10 mit dem zweiten Kopplungselement 6 verbunden.
Die durch den Gelenkarmroboter 1 und den Sensor 7, beispielsweise eine Kamera zur Aufnahme zweidimensionaler Bilder, gebildete Anordnung ist mit zumindest einem Messsensor einer Schwingungsmesseinrichtung verbunden. Auf die möglichen Arten von Messsensoren zur Gewinnung von Informationen über Schwingungen der Anordnung und insbesondere des Sensors, der im Betrieb ein Werkstück vermisst, wurde bereits eingegangen. Insbesondere handelt es sich dabei um einen Beschleunigungssensor. Auch die Zahl der Messsensoren der Schwingungsmesseinrichtung kann je nach Ausführungsform variieren. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Messsensoren der Schwingungsmesseinrichtung vorhanden. Ein erster Messsensor 9a ist mit der Basis 2 verbunden. Auf diese Weise können insbesondere bei Ausgestaltung des ersten Messsensors 9a als Beschleunigungssensor Schwingungen der Basis 2 gemessen werden, welche sich über den Gelenkarm auf den Sensor 7 auswirken. Ein zweiter Messsensor 9b, vorzugsweise wiederum ein Beschleunigungssensor, ist mit dem fünften Arm 3e verbunden.
Wie durch gestrichelte Linien in 1 gezeigt ist, sind die Messsensoren 9a, 9b und die Stelleinrichtungen der Aktuatoreinrichtung 8 mit einer Steuereinrichtung 19 verbunden. Diese ist ausgestaltet, die Aktuatoreinrichtung und insbesondere deren Stelleinrichtungen unabhängig voneinander derart anzusteuern, dass die Schwingungsbewegungen des Sensors mindestens teilweise kompensiert werden.
In 1 und auch 2 und 3 sind Ausführungsbeispiele von Messanordnungen dargestellt, bei denen der Sensor zur Vermessung eines Werkstücks jeweils über eine Aktuatoreinrichtung mit einer Bewegungseinrichtung verbunden ist. Da die Aktuatoreinrichtung zumindest einen Freiheitsgrad der Bewegung bereitstellt, kann diese Verbindung als bewegliche Kopplung bezeichnet werden.
Oben wurde bereits erwähnt, dass Sensoren auswechselbar an Bewegungseinrichtungen von Messanordnungen angeordnet sein können oder permanenter Bestandteil der Messanordnung sein können. Insbesondere kann daher zum Beispiel bei dem Gelenkarmroboter aus 1 an dem zweiten Kopplungselement 6 eine Wechselschnittstelle zum wieder lösbaren Befestigen des Sensor 7 vorgesehen sein. Möglich, wenn auch nicht bevorzugt, ist es, dass stattdessen oder zusätzlich das erste Kopplungselement 5 eine solche Wechselschnittstelle aufweist. In diesem Fall kann die Aktuatoreinrichtung 8 von dem Gelenkarm des Gelenkarmroboters 1 demontiert werden. Stattdessen kann eine andere Aktuatoreinrichtung montiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann jedenfalls temporär auf eine Aktuatoreinrichtung verzichtet werden und stattdessen ein Sensor direkt mit dem ersten Kopplungselement 5 verbunden werden. Diese Beschreibung der Möglichkeiten der Ankopplung von Sensoren und Aktuatoreinrichtungen sind nicht auf das Ausführungsbeispiel aus 1 beschränkt. Zum Beispiel können die Ausgestaltungen von Messanordnungen, die in 2 und 3 dargestellt sind, ebenfalls so ausgestaltet sein.
Insbesondere die in 1 dargestellte Messanordnung, aber auch jede andere Messanordnung, wie zum Beispiel ein Gelenkarmroboter mit mehr als fünf Gelenkarmen oder weniger als fünf Gelenkarmen, erhöht die Messgenauigkeit bei der Vermessung von Werkstücken und/oder verkürzt die Messzeiten. Insbesondere beim scannenden Messen von Werkstücken kann aufgrund der Aktuatoreinrichtung, welche Schwingungen des Sensors zumindest teilweise kompensiert, eine schnellere Bewegung des Sensors 7 relativ zu dem Werkstück 10 ausgeführt werden, bei gleicher Messgenauigkeit. Alternativ kann genauso langsam wie bei konventionellen Messanordnungen bewegt werden und erhöht sich die Messgenauigkeit, da Schwingungen des Sensors zumindest teilweise kompensiert werden.
In den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen einer Messanordnung gemäß 2 und 3 ist nicht wie bei der Ausgestaltung der 1 eine Steuereinrichtung dargestellt. Sie kann aber insbesondere in der gleichen Weise wie in 1 dargestellt vorhanden sein. Für die Aktuatoreinrichtung ist in jedem Fall eine Steuereinrichtung vorhanden. Generell, nicht nur bezogen auf die in der Figurenbeschreibung dargestellten Ausführungsbeispiele, kann die Steuereinrichtung, die zur Ansteuerung der Aktuatoreinrichtung dient, um Schwingungsbewegungen des Sensors mindestens teilweise zu kompensieren, eine gegenüber der Steuerung der Messanordnung separate Steuereinrichtung sein. Alternativ kann sie in die Steuerung der Messanordnung integriert sein. Die Steuerung der Messanordnung steuert insbesondere die Bewegungen der Bewegungseinrichtungen und führt optional auch Funktionen bezüglich der Auswertung der von dem Sensor bei der Vermessung des Werkstücks oder anderen Messobjekts aufgenommenen Messinformationen durch. Zum Beispiel kann die Steuerung in bekannter Weise Koordinaten des vermessenen Werkstücks ermitteln.
Das in 2 dargestellte Horizontalarm-Koordinatenmessgerät 21 weist eine Basis 22 auf. Ausgehend von der Basis 22 erstreckt sich ein erster Arm 23a nach oben und stützt einen zweiten, horizontal verlaufenden Arm 23b. Durch die Arme 23 ist eine Bewegungseinrichtung gebildet. Die Beweglichkeiten dieser Bewegungseinrichtung werden hier nicht näher beschrieben. Sie sind allgemein bekannt. Insbesondere ist der Horizontalarm 23b in horizontaler Richtung entlang seiner Längsachse verfahrbar. Insbesondere dabei können Schwingungen des Sensors 27 angeregt werden, der an dem freien, rechts in 2 dargestellten Ende des Horizontalarms 23b über ein Gelenk 4 und eine Aktuatoreinrichtung 8 an dem Horizontalarm 23b angekoppelt ist. Das Gelenk 4 ermöglicht es, den Sensor 27 in unterschiedlichen Richtungen auszurichten.
Der rechts oben in 2 dargestellte gekrümmte Doppelpfeil kann eine Drehbewegung andeuten, welche mittels des Gelenks 4 ausgeführt werden kann. Dieser gekrümmte Doppelpfeil deutet jedenfalls aber Schwingungsbewegungen entsprechend einem rotatorischen Freiheitsgrad der Bewegung an, dessen Drehachse senkrecht zur Figurenebene der 2 verläuft. Ferner ist ein gerader Doppelpfeil oberhalb des Horizontalarms 23b dargestellt. Dieser deutet an, dass der Horizontalarm insbesondere beim Ausführen einer Bewegung in seiner Längsrichtung auf- und abschwingen kann. Auf eine Ausgestaltung der Aktuatoreinrichtung 8, welche speziell diese zwei Freiheitsgrade der Bewegung bezüglich Schwingungen des Sensors kompensieren kann, wird noch anhand von 7 näher eingegangen. Dabei ist die Aktuatoreinrichtung der 7 aber nicht nur für die Verwendung in der in 2 gezeigten Messanordnung geeignet, sondern auch für andere Messanordnungen.
Die Aktuatoreinrichtung 8 in 2 ist wie in 1 schematisch dargestellt. Beliebige Ausführungsformen einer Aktuatoreinrichtung, die über ein erstes Kopplungselement 5 einerseits mit der Bewegungseinrichtung der Messanordnungen und über eine zweite Kopplungseinrichtung 6 andererseits mit dem Sensor zur Verbesserung eines Messobjekts koppelbar ist, können verwendet werden.
Bei dem in 2 dargestellten Sensor 27 handelt es sich um einen taktilen Sensor mit einem Taststift 28. Dies ist jedoch wie auch bei den in 1 und 3 dargestellten Ausführungsformen einer Messanordnung lediglich ein Beispiel. Andere Sensortypen können verwendet werden. Daher ist, wie bereits erwähnt, in 1 eine Kamera als Sensor 7 angedeutet und ist in 3 ein optischer Sensor 37 angedeutet, bei dem es sich zum Beispiel um einen Konfokalsensor oder einen Triangulationssensor handeln kann.
Die Schwingungsmesseinrichtung der in 2 dargestellten Messanordnung weist, im Gegensatz zu der Messanordnung in 1, drei anstatt zwei Messsensoren der Schwingungsmesseinrichtung auf. Die Zahl der Messsensoren einer Schwingungseinrichtung gemäß der Erfindung ist aber nicht auf zwei oder drei beschränkt. Bereits mit einem einzigen Messsensor können Informationen über Schwingungen des Sensors gewonnen werden. Auch können mehr als drei Messsensoren vorgesehen sein. Insbesondere kann jeder Messsensor an einem von den anderen Messsensoren verschiedenen Bereich der Messanordnung angeordnet sein.
In dem Ausführungsbeispiel der 2 ist ein erster Messsensor nahe der Basis 22 mit dem ersten, in vertikaler Richtung verlaufenden Arm 23a verbunden. Dadurch können Schwingungen gemessen werden, die von der Basis 22 her auf die Bewegungseinrichtung und damit auch auf den Sensor übertragen werden. Ein zweiter Messsensor 9b ist nahe dem freien Ende des Horizontalarms 23 mit diesem verbunden. Dadurch können Schwingungen nahe dem Gelenk 4 gemessen werden. Ferner ist ein dritter Messsensor 9c unmittelbar am Sensor 27 angeordnet, durch den unmittelbar die Schwingungen des Sensors 27 gemessen werden können.
Obwohl mittels des dritten Messsensors 9c Schwingungen direkt am Sensor gemessen werden können, sind die weiteren Messsensoren 9a und 9b vorteilhaft. Wenn zum Beispiel Schwingungen über die Basis 22 auf die Bewegungseinrichtung übertragen werden und die Anregung dieser Schwingungen beginnt, detektiert der erste Messsensor 9a diese Schwingungen früher als der dritte Messsensor 9c am Sensor 27 zur Vermessung des Werkstücks. Es kann daher frühzeitig reagiert werden und bereits dann mittels der Aktuatoreinrichtung eine Gegenbewegung erzeugt werden, wenn der Sensor gemäß der Anregung an der Basis 22 zu schwingen beginnt beziehungsweise zu Schwingen beginnen würde. In vielen Fällen kann eine Schwingung des Sensors dann ganz vermieden werden. Entsprechendes gilt für eine Anregung einer Schwingung des Sensors aufgrund einer Schwingung des Horizontalarms 23b. In diesem Fall misst der zweite Messsensor 9b die Schwingung früher als der dritte Messsensor 9c am Sensor 27.
In 3 ist ein Koordinatenmessgerät 31 in Portalbauweise dargestellt. Auch die Bewegungseinrichtung dieses Koordinatenmessgeräts wird hier nicht näher beschrieben, da sie allgemein bekannt ist. Insbesondere ist ein Portal 33 entlang einer Basis 32 verfahrbar. In ebenfalls bekannter Weise ist eine Pinole 34 beweglich mit dem Portal 33 gekoppelt. Am unteren Ende der Pinole befindet sich eine Aktuatoreinrichtung 38 zur Kompensation von Schwingungen des Sensors, hier des Sensors 37. Das Werkstück ist wiederum, wie auch in 2 und 1, mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die in 3 dargestellte Messanordnung weist wiederum drei Messsensoren der Schwingungsmesseinrichtung auf. Ein erster Messsensor 9a ist am Fuß des Portals 33 angeordnet und dient ähnlich wie bei den Ausgestaltungen der 1 und 2 der Messung von Schwingungen, die über die Basis 32 auf die Bewegungseinrichtung übertragen werden. Ein zweiter Messsensor 9b ist am unteren Ende der Pinole 34 angeordnet, dort wo die Pinole 34 mit dem ersten Kopplungselement 5 verbunden ist. Ein zweites Kopplungselement ist bei der Ausführung der 3 nicht wie in 1 und 2 vorhanden, sondern als Sensorbasis 36 des Sensors 37. An dieser Sensorbasis 36 ist der dritte Messsensor 9c angeordnet, um Schwingungen unmittelbar am Sensor 37 messen zu können.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform einer Aktuatoreinrichtung beschrieben, die insbesondere bei den Messanordnungen der 1 bis 3 verwendet werden kann. Die Besonderheit des Typs von Aktuatoreinrichtungen, die nun anhand von 4 beschrieben wird, liegt darin, dass eine Mehrzahl von Stelleinrichtungen, insbesondere Motoren, vorhanden ist, die jeweils einzeln eine geradlinige Bewegung erzeugen können. Wie oben bereits beschrieben, haben sie eine lineare Bewegungsachse. Bei dem hier beschriebenen Typ von Aktuatoreinrichtungen sind die Bewegungsachsen mehrerer Motoren beziehungsweise Stelleinrichtungen parallel zueinander. Jeder der Motoren ist aber über ein Gelenk mit einem Kopplungselement verbunden. Dabei handelt es sich bei allen Motoren mit paralleler Bewegungsachse vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise um dasselbe Kopplungselement. Wenn es sich nicht um dasselbe Kopplungselement handelt, sind die Bewegungsachsen aller Motoren lediglich in einem neutralen Bewegungszustand parallel zueinander und schließen ansonsten einen Winkel zueinander ein oder verlaufen windschief zueinander.
Die spezielle Ausführungsform der 4 weist drei Motoren 41a, 41b, 41c auf. Es ist jedoch auch möglich, lediglich zwei oder mehr als zwei Motoren mit parallelen Bewegungsachsen vorzusehen. Die Motoren können, wie zum Beispiel für einen einzelnen Motor noch anhand von 7 beschrieben wird, zusätzlich mit Gelenken kombiniert sein, die gemeinsam mit Verbindungsmitteln die beiden einander gegenüberliegenden Kopplungselemente direkt verbinden. Jedes Gelenk schränkt entsprechend seiner Konstruktion die relativen Bewegungsmöglichkeiten der beiden Kopplungselemente ein. Aber auch mehrere Motoren mit paralleler Bewegungsachse oder auch nicht paralleler Bewegungsachse schränken die Bewegungsmöglichkeiten beabsichtigter Maßen ein.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die drei Motoren 41 mit dem zweiten Kopplungselement 46 fest verbunden, über welches der Sensor 49 zur Vermessung eines Messobjekts verbunden ist. Die Motoren können aber nicht nur bei diesem Ausführungsbeispiel stattdessen mit dem ersten Kopplungselement verbunden sein, über welches die Aktuatoreinrichtung mit der Bewegungseinrichtung der Messanordnung verbunden ist. Die drei Motoren 41 sind bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils über ein Gelenk 42a, 42b, 42c mit dem ersten Kopplungselement 45 verbunden. An dem ersten Kopplungselement 45 befindet sich in diesem speziellen Ausführungsbeispiel die Steuereinrichtung 47 zur Steuerung der Motoren der Aktuatoreinrichtung 48. Die Steuereinrichtung 47 ist beispielsweise durch einen nicht dargestellten Datenbus mit zumindest einem Messsensor der Anordnung verbunden, um die für die Schwingungskompensation erforderliche Information zu erhalten.
Die drei Motoren 41 sind, wie durch die schematische Draufsicht der 6 dargestellt ist, gleichmäßig in Umfangsrichtung des zweiten Kopplungselements 46 verteilt. Wie noch näher beschrieben wird, ermöglicht dies Bewegungen entsprechend einer Vielzahl von unabhängigen Freiheitsgraden der Bewegung. In der Draufsicht der 6 sind die Gelenke 42 und das erste Kopplungselement 45 weggelassen.
Die Gelenke 42 sind in der hier beschriebenen Ausführungsform als monolithische, insbesondere zylindrische Körper ausgestaltet, die in der Art von Drähten den jeweiligen Motor 41 mit dem ersten Kopplungselement 45 verbinden. Die monolithischen Körper sind sehr steif in Richtung ihrer jeweiligen Längsachse, sie können jedoch elastisch gebogen werden, wie dies zum Beispiel in dem in 5 dargestellten Bewegungszustand für das Gelenk 42b der Fall ist.
Die Seitenansicht der 5 lässt lediglich den ersten Motor 41a und den zweiten Motor 41b erkennen, da der dritte Motor 41c durch den zweiten Motor 41b verdeckt ist. Der in 5 dargestellte Bewegungszustand entsteht durch eine Kontraktion des ersten Motors 41a, welcher zum Beispiel als Stapel piezoelektrischer Elemente ausgestaltet ist. Dadurch wird die Entfernung zwischen dem ersten Kopplungselement 45 und dem zweiten Kopplungselement 46 im Bereich des ersten Motors 41a und dessen Gelenk 42a verkürzt. die elastisch biegbaren Elemente 42b und 42c des zweiten Motors 41b und des dritten Motors 41c verbiegen sich wie in 5 dargestellt. In 6 ist die entsprechende Drehachse durch eine strichpunktierte Linie dargestellt, wobei die strichpunktierte Linie in der Blickrichtung der 6 vor dem zweiten Kopplungselement 46 liegt und in der Darstellung der 5 im Bereich des ersten Kopplungselements 45 liegt, wie durch ein Kreuz dargestellt. Die Lage der Drehachse ist nicht ortsfest bezüglich der Aktuatoreinrichtung 48 und verändert sich geringfügig durch die Kontraktion beziehungsweise Expansion des jeweiligen Motors.
Es ist aber nicht nur der anhand von 5 und 6 beschriebene rotatorische Freiheitsgrad der Bewegung durch die Aktuatoreinrichtung 48 bereitgestellt. Vielmehr können entsprechende Drehbewegungen mit jeweils um 120° um die Senkrechte zur Figurenebene der 6 gedrehten Drehachse ausgeführt werden, wenn lediglich der zweite Motor 41b oder der dritte Motor 41c kontrahiert oder expandiert. Durch Kombination von Kontraktionen beziehungsweise Expansionen aller drei Motoren 41 können sogar beliebige Kippbewegungen des zweiten Kopplungselements 46 relativ zu dem ersten Kopplungselement 45 erzielt werden. Selbstverständlich ist dabei der maximale Kippwinkel durch die maximal möglichen Expansionen/Kontraktionen der Motoren und ihre Abstände zueinander begrenzt. Außerdem können, ebenfalls begrenzt durch die maximal möglichen Expansionen/Kontraktionen der Motoren in beliebigen Kippstellungen der beiden Kopplungselemente 45, 46 relativ zueinander geradlinige Bewegungen der beiden Kopplungselemente 45, 46 gestellt werden. Die geradlinige Bewegung verläuft senkrecht zur Oberfläche des zweiten Kopplungselements 46, das heißt parallel zu den Bewegungsachsen der Motoren 41. Ferner sind Überlagerungen der genannten Dreh- und Kippbewegungen und der geradlinigen Bewegung möglich. Nicht möglich sind lineare Bewegungen quer zu den Bewegungsachsen der Motoren. Insgesamt werden aber Bewegungen bezüglich der drei rotatorischen voneinander unabhängigen Freiheitsgrade der Bewegung und in Richtung der genannten Bewegungsachsen der Motoren ermöglicht.
Die Anhand von 4 bis 6 beschriebene Art von Aktuatoreinrichtungen mit Motoren, deren Bewegungsachsen parallel zueinander verlaufen, stellt lediglich eine Form von Parallelkinematik dar, eine weitere Form von Parallelkinematik wird noch anhand von 8 beschrieben. Bei jeder Form von Parallelkinematik können insbesondere ein erstes Kopplungselement und ein zweites Kopplungselement über die Stelleinrichtung miteinander beweglich verbunden sind.
Eine Aktuatoreinrichtung kann jedoch auch eine serielle Kinematik aufweisen. Bei einer solchen seriellen Kinematik bildet zumindest eine Stelleinrichtung eine Bewegungsstufe und zumindest eine weitere Stelleinrichtung eine weitere Bewegungsstufe. Ein spezielles Ausführungsbeispiel einer solchen seriellen Kinematik wird nun anhand von 7 beschrieben.
In dem Ausführungsbeispiel befindet sich an einem ersten Kopplungselement 65, über welches die Aktuatoreinrichtung 68 mit der Bewegungseinrichtung einer Messanordnung verbunden werden kann oder verbunden ist, wieder die Steuereinrichtung 47 zur Steuerung der Motoren. Wie auch bei den anderen Ausführungsbeispielen kann die Steuereinrichtung stattdessen an einem anderen Ort angeordnet sein und zum Beispiel durch die Steuerung der Messanordnung realisiert werden. Ferner ist ein zweites Kopplungselement 66 vorgesehen. Wie auch bei anderen Ausführungsformen von Aktuatoreinrichtungen können die Kopplungselemente als Plattformen mit in einem neutralen Bewegungszustand parallelen, einander zugewandten Oberflächen realisiert werden. Gemäß dem Prinzip der seriellen Kinematik ist ein drittes Kopplungselement 67 vorhanden, das zweite Kopplungselement 66 bildet den Übergang beziehungsweise die Schnittstelle zwischen der ersten Bewegungsstufe und der zweiten Bewegungsstufe. Die erste Bewegungsstufe beginnt an dem ersten Kopplungselement 65. Die zweite Bewegungsstufe endet an dem dritten Kopplungselement 67. Die erste Bewegungsstufe ist in dem Ausführungsbeispiel so ausgestaltet, das ein einziger der sechs voneinander unabhängigen Freiheitsgrade der Bewegungen realisiert ist, nämlich ein rotatorischer Freiheitsgrad der Bewegung. Die zweite Bewegungsstufe hat in dem Ausführungsbeispiel ebenfalls nur einen einzigen unabhängigen Freiheitsgrad der Bewegung, wobei es sich dabei um einen linearen Freiheitsgrad handelt. Serielle Kinematiken für die erfindungsgemäße Aktuatoreinrichtung sind aber nicht darauf beschränkt, dass die jeweilige Bewegungsstufe nur einen einzigen Freiheitsgrad der Bewegung bietet. Vielmehr kann zum Beispiel die erste Bewegungsstufe in 7 durch eine solche mit einem zusätzlichen rotatorischen Freiheitsgrad der Bewegung und/oder zumindest einem zusätzlichen linearen Freiheitsgrad der Bewegung ausgestattet werden.
Zurückkommend auf das Ausführungsbeispiel der 7 weist die erste Bewegungsstufe einen Motor 41a mit einer linearen Bewegungsachse in Richtung der Senkrechten zur Oberfläche des zweiten Kopplungselements 66 auf. Zusätzlich sind an dem zweiten Kopplungselement 66 zwei Gelenke 62a, 62b befestigt und ist jedes dieser beiden Gelenke 62 über eine auch bezüglich Biegung steife Verbindung 61a beziehungsweise 61 b mit dem ersten Kopplungselement 65 verbunden. Die Gelenke 62 ermöglichen eine Drehbewegung des ersten Kopplungselements 65 relativ zu dem zweiten Kopplungselement 66 um eine parallel zur Oberfläche des zweiten Kopplungselement 66 verlaufende Drehachse die in der 7 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist. Gestellt wird diese Bewegung durch eine Kontraktion/Expansion des ersten Motors 41a, dessen Bewegungsachse senkrecht zur Oberfläche des zweiten Kopplungselement 66 verläuft. Dabei findet eine Drehbewegung des Gelenks 42a statt, über das der erste Motor 41a mit dem ersten Kopplungselement 65 verbunden ist. In dem Ausführungsbeispiel ist das Gelenk 42a, wie auch im Fall der Ausführungsform der 4 bis 6 als monolithischer Körper ausgeführt. Eine entsprechende Drehbewegung des Gelenks 42a führt daher zur Biegung des monolithischen Körpers.
Die zweite Bewegungsstufe ist in dem Ausführungsbeispiel durch einen einzigen, zweiten Motor 41b realisiert, dessen lineare Bewegungsachse senkrecht zu den als Plattformen ausgestalteten Kopplungselementen 66, 67 verläuft. Insgesamt ist durch die serielle Kinematik der Aktuatoreinrichtung 68 daher eine Kombination eines einzigen rotatorischen Freiheitsgrades der Bewegung mit einem einzigen linearen Freiheitsgrad realisiert. Selbstverständlich können serielle Kinematiken weitere Freiheitsgrade der Bewegungen bereitstellen, zum Beispiel einen zweiten rotatorischen Freiheitsgrad der Bewegung der ersten Bewegungsstufe. Ferner können serielle Bewegungskinematiken weitere Bewegungsstufen aufweisen, wie zum Beispiel eine dritte Bewegungsstufe mit einem zusätzlichen linearen Freiheitsgrad der Bewegung. Es können auch mehrere Bewegungsstufen Kombinationen von zumindest einem rotatorischen und einem linearen Freiheitsgrad der Bewegung bereitstellen. Dies ist auch für nur eine Bewegungsstufe möglich.
Insbesondere die durch die Aktuatoreinrichtung 68 gemäß 7 realisierte Kombination von einem rotatorischen und einem linearen Freiheitsgrad der Bewegung ist besonders gut für die Kompensation von Schwingungen des Sensors 27 an dem Horizontalarmmessgerät 21 der 2 geeignet. Die serielle Kinematik kann daher anstelle der in 2 dargestellten Aktuatoreinrichtung 8 vorgesehen sein, wobei dann das erste Kopplungselement 5 durch das erste Kopplungselement 65 ersetzt wird und das zweite Kopplungselement 6 durch das dritte Kopplungselement 67 ersetzt wird. Dazwischen befindet sich dann die serielle Kinematik. Der rotatorische Freiheitsgrad der Bewegung ermöglicht eine Schwingungskompensation bezüglich der durch den gekrümmten Doppelpfeil in 2 angedeuteten Drehachse. Der lineare Freiheitsgrad der Bewegung ermöglicht eine Schwingungskompensation bezüglich der vertikalen Schwingungsrichtung, die in 2 durch einen geraden Doppelpfeil angedeutet ist.
Eine besonders vorteilhafte und insbesondere für Gelenkarmroboter besonders gut geeignete Aktuatoreinrichtung 71 ist ein Hexapod, wie er in 8 dargestellt ist. Oben in der Darstellung befindet sich das erste Kopplungselement 65, über das die Aktuatoreinrichtung 71 mit der Bewegungseinrichtung einer Messanordnung verbindbar ist oder verbunden ist. Über das gegenüberliegende zweite Kopplungselement 66 ist die Aktuatoreinrichtung mit einem Sensor verbunden oder verbindbar. An den einander zugewandten Oberflächen der Kopplungselemente 65, 66 befindet sich jeweils ein Satz von sechs jeweils kardanisch beweglichen Gelenken 69, 70. Die an dem ersten Kopplungselement 65 befestigten kardanisch beweglichen Gelenke sind mit den Bezugszeichen 69a bis 69f bezeichnet, die an dem zweiten Kopplungselement 66 befestigten kardanisch beweglichen Gelenke sind mit den Bezugszeichen 70a bis 70f bezeichnet. Dabei sind die Gelenke, wie grundsätzlich bei einem Hexapod bekannt, jeweils paarweise dicht nebeneinander angeordnet und ist über jeweils ein Gelenk 69 an dem ersten Kopplungselement 65 und jeweils ein Gelenk 70 an dem zweiten Kopplungselement 66 je ein Motor 41a bis 41f an die Kopplungselemente 65, 66 angekoppelt. Jeder der Motoren 41 hat eine geradlinige Bewegungsachse. Die Bewegungsachsen der Motoren 41 sind jedoch niemals alle gleichzeitig parallel zueinander, insbesondere auch nicht in einer neutralen Bewegungsstellung, in der die Oberflächen der Kopplungselemente 65, 66 parallel zueinander verlaufen. Die Bewegungsachsen der zwei an paarweise dicht nebeneinander angeordneten Gelenken 69, 70 ansetzenden Motoren 41 verlaufen V-förmig zueinander, wobei der Öffnungswinkel und die Ausrichtung des V abhängig vom Bewegungszustand des Hexapod geringfügig variiert.
Ferner bilden die kardanisch beweglichen Gelenke 69 und 70 wie bereits erwähnt Paare von nahe beieinander angeordneten Gelenken. Dabei ist das einem Paar von Gelenken 69 zugeordnete Paar von Motoren 41 nicht auch ein Paar von Motoren, welches auch einem Paar Gelenke 70 zugeordnet ist. Vielmehr koppelt zum Beispiel der erste Motor 41a das erste Gelenk 69a an dem ersten Kopplungselement 65 mit dem ersten Gelenk 70a an dem zweiten Kopplungselement 66 und bildet ein Paar nahe beieinander angeordneter Gelenke mit dem sechsten Gelenk 70f an dem zweiten Kopplungselement 66. Dagegen bildet das erste Gelenk 69a an dem ersten Kopplungselement 65 ein Paar nahe beieinander angeordneter Gelenke mit dem zweiten Gelenk 69b an dem ersten Kopplungselement, und so weiter.
Ein Hexapod hat den Vorteil, dass nicht nur die durch die bereits anhand von 4 bis 6 beschriebene Aktuatoreinrichtung 48 ermöglichten vier voneinander unabhängigen Freiheitsgrade der Bewegung ermöglicht werden, sondern alle sechs unabhängigen Freiheitsgrade der Bewegung. Es kommen daher bei dem Hexapod auch die fehlenden zwei linearen Freiheitsgrade der Bewegung hinzu. Es ist daher möglich, die in dem Ausführungsbeispiel und anderen Ausführungsbeispielen als Plattformen ausgeführten Kopplungselemente in allen drei linear voneinander unabhängigen Bewegungsrichtungen parallel zueinander zu verstellen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die nicht parallel zueinander ausgerichteten Plattformen bezüglich der drei linear unabhängigen Freiheitsgrade der Bewegung relativ zueinander zu verstellen.
Anhand der schematischen Darstellung der 9 wird nun die Verarbeitung von Messinformationen über die Schwingungsbewegungen des Sensors und anderer Teile der Messanordnung beschrieben, sowie die Erzeugung von Stellsignalen für die Ansteuerung der Aktuatoreinrichtung, um die Schwingungsbewegungen des Sensors zumindest teilweise zu kompensieren.
9 zeigt schematisch im oberen Figurenteil eine Mehrzahl von Messsensoren 9. Konkret dargestellt sind ein erster Messsensor 9a, ein zweiter Messsensor 9b und ein n-ter Messsensor 9n, dabei ist n eine natürliche ganze Zahl. Es können daher beliebig viele Messsensoren vorhanden sein. Die Messsensoren 9 sind Teile einer Schwingungsmesseinrichtung 72, wobei die einzelnen Messsensoren über die Messanordnung verteilt sein können. Die Schwingungsmesseinrichtung weist ferner nicht in 9 dargestellte interne Messsignal-Übertragungsmittel auf und/oder nutzt Übertragungsmittel der Messanordnung wie beispielsweise den bereits erwähnten Datenbus. Die Übertragung der Messinformationen von den Messsensoren zu der Steuereinrichtung 19 müssen aber nicht leitungsgebunden erfolgen. Vielmehr ist es ganz oder teilweise auch möglich, die Signale bezüglich der Messinformationen und/oder daraus durch Verarbeitung gewonnene Informationen leitungslos zum Beispiel per Funk zu übertragen. Auch optische Übertragungsstrecken ohne Lichtleiter sind möglich. Ferner sind auch Lichtleiter zur Übertragung optischer Signale nutzbar.
Zurückkommend auf 9 werden die von den Messsensoren 9 erzeugten und optional von der Schwingungsmesseinrichtung 72 weiterverarbeiteten Messsignale zu einer optional vorhandenen Vorverarbeitungseinrichtung 73 der Steuereinrichtung 19 übertragen. Wenn keine Vorverarbeitung stattfindet oder die Vorverarbeitungseinrichtung 73 nicht vorhanden ist, werden die Signale von der Schwingungsmesseinrichtung 72 direkt zu der Gegenbewegungs-Berechnungseinrichtung 75 übertragen. Wenn eine Vorverarbeitung durch die Vorverarbeitungseinrichtung 73 stattfindet, dann kann dabei insbesondere die oben bereits erwähnte Differenzbildung zu nichtperiodischen oder niederfrequenten Beschleunigungen bei der Bewegung des Sensors durch die Bewegungseinrichtung stattfinden. Alternativ oder zusätzlich kann bei der Vorverarbeitung die oben bereits erwähnte Hochpassfilterung stattfinden. Ferner alternativ oder zusätzlich können die zeitabhängigen Messinformationen über die Schwingungsbewegungen geglättet werden, sodass unplausible Schwankungen reduziert oder eliminiert werden. Dies entspricht einer Hochpassfilterung. Insbesondere wird es daher bevorzugt, dass die Informationen über die Schwingungsbewegungen bandpassgefiltert werden.
An dieser Stelle soll nochmal klarstellend erwähnt werden, dass die Messinformationen der Messsensoren fortlaufend erzeugt und verarbeitet werden, um die Schwingungsbewegungen des Sensors zumindest teilweise zu kompensieren.
Die von der Vorverarbeitungseinrichtung 73 vorverarbeiteten Informationen oder, wie erwähnt, die von der Schwingungsmesseinrichtung 72 erhaltenen Informationen werden der Gegenbewegungs-Berechnungseinrichtung 75 zugeleitet. Diese berechnet die der momentanen oder erwarteten Schwingungsbewegung des Sensors entsprechende Gegenbewegung oder alternativ eine entsprechende Gegenkraft. Die Berechnung der Gegenbewegung erfolgt zum Beispiel durch Phasenversatz der Schwingungsbewegung um 180° (das heißt um eine halbe Schwingungsperiode).
Die Information über die resultierende Gegenbewegung oder Gegenkraft wird an eine Steuersignal-Erzeugungseinrichtung 77 ausgegeben, welche die entsprechenden Steuersignale zur Steuerung der Aktuatoreinrichtung und insbesondere die einzelnen Steuersignale des Motors oder der Motoren der Aktuatoreinrichtung erzeugt und ausgibt.
Die in den 10 bis 13 dargestellten Teile einer Aktuatoreinrichtung können insbesondere bei einer der Aktuatoreinrichtungen der 4 bis 8 vorgesehen sein, zum Beispiel den Bereich des Motors 41a und des Gelenks 42a einer der Aktuatoreinrichtungen der 4 bis 7 bilden oder jeweils den Bereich eines der Motoren 41a, 41b, 41c und des Gelenks 42a, 42b, 42c einer der Aktuatoreinrichtungen der 4 bis 6 bilden.
Auch können die in den 10 bis 13 dargestellten Teile einer Aktuatoreinrichtung um eine zusätzliche gelenkige Verbindung zwischen dem Motor 41 und dem zweiten Kopplungselement 56 ergänzt werden, sodass der Motor 41 über diese zusätzliche gelenkige Verbindung mit dem zweiten Kopplungselement 56 verbunden ist. Eine solche Anordnung kann den Bereich eines der Motoren 41a bis 41f und den zwei dem Motor zugeordneten Gelenken bilden. Jedem der Motoren 41a bis 41f ist eines der Gelenke 69a bis 69f und eines der Gelenke 70a bis 70f zugeordnet. Der jeweilige Motor mit den zwei zugeordneten Gelenken bildet eine Doppelgelenk-Verbindung der Kopplungselemente 65, 66.
10 zeigt eine Aktuatoreinrichtung 58 mit einem ersten Kopplungselement 55 und einem zweiten Kopplungselement 56. Jedes dieser beiden Kopplungselemente 55, 56 kann ein beliebiges der in 4 bis 8 dargestellten Kopplungselemente sein. Dies bedeutet, dass das erste Kopplungselement 55 auch zum Beispiel das zweite Kopplungselement 46 in 4 sein kann.
Der Motor 41 ist an einer ersten Seite (die in der Darstellung untere Seite des Motors 41) mit dem zweiten Kopplungselement 56 verbunden. Anders als dargestellt, kann diese Verbindung auch indirekt sein, d. h. der Motor 41 kann über ein zusätzliches Verbindungselement mit dem zweiten Kopplungselement 56 verbunden sein. An der gegenüberliegenden Seite des Motors 41 (die in der Darstellung obere Seite des Motors 41) ist der Motor 41 über einen monolithischen Körper 42, der eine gelenkige Verbindung bildet, mit dem ersten Kopplungselement 55 verbunden.
Der monolithische Körper 42, beispielsweise ein Metalldraht, weist zwei elastische Längsabschnitte 53 auf, die als Gelenke ausgebildet sind, indem der monolithische Körper 42 dort eine Einschnürung aufweist. Die Einschnürung ist beispielsweise durch Fräsen oder Drehen einer umlaufenden Nut realisiert. Zwar ist der monolithische Körper 42 aus einem homogenen Werkstoff gefertigt und ist daher überall elastisch. Aufgrund der Einschnürung führen jedoch einwirkende Biegekräfte fast ausschließlich an den Einschnürungen und somit in den zwei elastischen Längsabschnitten 53 zur Biegung.
An dem Längsabschnitt zwischen den zwei elastischen Längsabschnitten 53 befindet sich eine Führung 51a, 51b, die beispielsweise durch zwei gegenüberliegende Backen oder Schalen gebildet ist, welche diese Längsabschnitte teilweise umfassen. Die Führung 51a, 51b ist über eine Abstützung 50a, 50b mit dem zweiten Kopplungselement 56 verbunden. Die Abstützung 50a, 50b kann zum Beispiel durch steife Blattfedern realisiert sein, die in ihrem Verlauf von der zweiten Abstützung 56 bis zu der Führung 51a, 51b auch im entspannten Zustand oder im Zustand geringster Spannung gebogen verlaufen.
Die Führung 51a, 51b führt die Bewegung des monolithischen Körpers 42 in seiner Längsrichtung, wenn der Motor 41 (der beispielsweise ein Linearmotor und insbesondere ein Motor mit zumindest einem piezoelektrischen Element ist) eine solche Bewegung erzeugt.
11 zeigt, dass der monolithische Körper 42 als gelenkige Verbindung durch Biegung in den zwei elastischen Längsabschnitten 53 zu einer Verschwenkung bzw. Drehbewegung führen kann, wodurch sich die Ausrichtung des ersten Kopplungselements 55 relativ zu dem zweiten Kopplungselement 56 ändert. Dadurch verbiegt sich auch die Abstützung 50a, 50b und nimmt somit einen Teil der Querkräfte auf, die ansonsten auf den Motor 41 einwirken würden.
Der in 11 dargestellte Betriebszustand ist gegenüber dem in 10 dargestellten Betriebszustand jedoch nicht durch eine Linearbewegung des Motors bewirkt worden, sondern durch eine Bewegung eines anderen Teils der Aktuatoreinrichtung. Dieser andere Teil ist in den 10 und 11 nicht dargestellt. Die Bewegung könnte zum Beispiel durch einen anderen der Motoren 41b, 41c bewirkt worden sein, wenn der in 10 und 11 dargestellte Teil der Aktuatoreinrichtung Teil der in 4 bis 6 dargestellten Aktuatoreinrichtung 48 ist und z. B. den Motor 41a und den monolithischen Körper 42a bildet.
Die Führung 51a, 51b stabilisiert den Motor 41 gegen einwirkende Querkräfte, d. h. Kräfte, die quer zu der Richtung der Linearachse des Motors 41 wirken. Die Linearachse ist diejenige Achse, in der sich der Motor 41 etwa in Richtung der Längsachse des monolithischen Körpers 42 verlängert oder verkürzt, wenn der Motor 41 betrieben wird.
Die in den 12 und 13 dargestellte Ausführungsform einer Aktuatoreinrichtung 58 unterscheidet sich von der in 10 und 11 dargestellten dadurch, dass der monolithische Körper 42 lediglich einen elastischen Längsabschnitt 53 aufweist, der als Gelenk wirkt. Dieser elastische Längsabschnitt 53 befindet sich in dem Abschnitt zwischen der Führung 51 und dem ersten Kopplungselement 55. Bei dieser Ausführungsform kann die Abstützung 52 so ausgeführt werden, dass sie sehr steif ist, denn zwischen der Führung 51 und dem Motor 41 befindet sich kein gelenkiger Abschnitt des monolithischen Körpers 42. Zum Beispiel kann die Abstützung 52 daher als rotationssymmetrische Hülse ausgeführt sein, die sich umlaufend um den Motor 41 herum erstreckt und die an der z. B. als Hohlzylinder ausgeführten Führung 51 ansetzt.
Bezugszeichenliste

1: Gelenkarmroboter
2: Basis
3: Gelenkarm
4: Gelenk
5: erstes Kopplungselement
6: zweites Kopplungselement
7: Sensor (zum Vermessen eines Messobjekts)
8: Aktuatoreinrichtung
9: Messsensor (zur Erzeugung von Informationen über Schwingungen der Anordnung und/oder des Sensors)
10: Werkstück
19: Steuereinrichtung
21: Horizontalarmmessgerät
22: Basis
23: Arm
27: Sensor
28: Taststift
31: Portalmessgerät
32: Basis
33: Portal
34: Pinole
36: Sensorbasis
37: Sensor
38: Aktuatoreinrichtung
41: Motor
42: Gelenk
45: erstes Kopplungselement
46: zweites Kopplungselement
47: Steuereinrichtung
48: Aktuatoreinrichtung
49: Sensor (zum Vermessen eines Messobjekts)
50: Abstützung
51: Führung
53: elastischer Längsabschnitt
55: erstes Kopplungselement
56: zweites Kopplungselement
58: Aktuatoreinrichtung
61: Verbindung
62: Gelenk
65: erstes Kopplungselement
66: zweites Kopplungselement
67: drittes Kopplungselement
68: Aktuatoreinrichtung
69: kardanisch bewegliches Gelenk
70: kardanisch bewegliches Gelenk
71: Aktuatoreinrichtung
72: Schwingungsmesseinrichtung
73: Vorverarbeitungseinrichtung
75: Gegenbewegungs-Berechnungseinrichtung
77: Steuersignal-Erzeugungseinrichtung
79: Stelleinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4001981 A1 [0008]
WO 2012/130832 A1 [0011]
US 2018/0106586 A1 [0058]

Claims

Anordnung zum Vermessen eines Messobjekts (10), insbesondere zur Bestimmung von Koordinaten des Messobjekts (10), wobei die Anordnung Folgendes aufweist: - eine Bewegungseinrichtung (3, 4; 23, 4; 33, 34), die ausgestaltet ist, einen während eines Betriebes der Anordnung an der Anordnung gehaltenen Sensor (7; 27; 37), welcher zur Erfassung des Messobjekts (10) ausgestaltet ist, relativ zu dem Messobjekt (10) zu bewegen, - eine Aktuatoreinrichtung (8; 38; 48; 58; 68; 71), über die der Sensor (7; 27; 37) während des Betriebes der Anordnung mit der Bewegungseinrichtung (3, 4; 23, 4; 33, 34) gekoppelt ist und die ausgestaltet ist, Schwingungsbewegungen des Sensors (7; 27; 37) mindestens teilweise zu kompensieren, - eine Schwingungsmesseinrichtung (9), die ausgestaltet ist, Informationen über Schwingungen der Anordnung und/oder des Sensors (7; 27; 37) durch Messung zumindest einer Messgröße zu erzeugen, - eine Steuereinrichtung (19), die mit der Schwingungsmesseinrichtung (9) und der Aktuatoreinrichtung (8; 38; 48; 58; 68; 71) verbunden ist und die ausgestaltet ist, die Aktuatoreinrichtung (8; 38; 48; 58; 68; 71) derart anzusteuern, dass die Schwingungsbewegungen des Sensors (7; 27; 37) mindestens teilweise kompensiert werden.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Aktuatoreinrichtung (8; 38; 48; 58; 68; 71) eine Mehrzahl von Motoren (41) aufweist und wobei jeder der Motoren (41) unabhängig von einem anderen Motor (41) oder anderen Motoren (41) der Aktuatoreinrichtung (8; 38; 48; 68; 71) durch die Steuereinrichtung (19) ansteuerbar ist.
Anordnung nach Anspruch 2, wobei eine Mehrzahl der Motoren (41) dazu eingerichtet und angeordnet ist, jeweils eine Bewegung bezüglich eines einzigen linearen Freiheitsgrades der Bewegung und somit entlang einer linearen Bewegungsachse des Motors (41) zu erzeugen.
Anordnung nach Anspruch 3, wobei die linearen Bewegungsachsen von zumindest zwei Motoren (41) der Aktuatoreinrichtung (8; 38; 48; 58; 68; 71) parallel zueinander sind, wobei jeder der Motoren (41) mit parallelen Bewegungsachsen über ein erstes Kopplungselement (5) mit der Bewegungseinrichtung (3, 4; 23, 4; 33, 34) gekoppelt ist und über ein zweites Kopplungselement (6) mit dem Sensor (7; 27; 37) gekoppelt ist oder koppelbar ist und wobei das erste Kopplungselement (5) oder das zweite Kopplungselement (6) jeweils über ein Gelenk drehbeweglich mit den Motoren (41) mit parallelen Bewegungsachsen gekoppelt ist.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei zumindest sechs der Motoren (41) dazu eingerichtet und angeordnet sind, jeweils eine Bewegung bezüglich eines einzigen linearen Freiheitsgrades der Bewegung zu erzeugen und wobei die sechs Motoren (41) einen Hexapod bilden.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei durch die Mehrzahl der Motoren (41) Schwingungsbewegungen des Sensors (7; 27; 37) bezüglich zumindest eines linearen Freiheitsgrades der Bewegung und zumindest eines rotatorischen Freiheitsgrad der Bewegung zumindest teilweise kompensierbar sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Aktuatoreinrichtung (8; 38; 48; 58; 68; 71) über ein erstes Kopplungselement (5; 45; 55; 65) mit der Bewegungseinrichtung (3, 4; 23, 4; 33, 34) gekoppelt ist und über ein zweites Kopplungselement (6; 36; 46; 56; 66) mit dem Sensor (7; 27; 37) gekoppelt ist oder koppelbar ist, wobei die Aktuatoreinrichtung (8; 38; 48; 58; 68; 71) zumindest einen Motor (41) aufweist, durch den eine lineare Relativbewegung des ersten und des zweiten Kopplungselements (6; 36; 46; 56; 66) erzeugbar ist, wobei das erste Kopplungselement (5; 45; 55; 65) über eine Kombination des Motors (41) mit einer gelenkigen Verbindung mit dem zweiten Kopplungselement (6; 36; 46; 56; 66) verbunden ist, wobei - der Motor (41) an einer Seite direkt oder indirekt mit dem ersten Kopplungselement und an einer gegenüberliegenden Seite über die gelenkige Verbindung mit dem zweiten Kopplungselement verbunden ist, wobei eine Führung, die zur Führung der linearen Relativbewegung an der gelenkigen Verbindung ausgestaltet ist, mit dem ersten Kopplungselement verbunden ist, oder - der Motor (41) an einer Seite direkt oder indirekt mit dem zweiten Kopplungselement (5; 45; 55; 65) und an einer gegenüberliegenden Seite über die gelenkige Verbindung mit dem ersten Kopplungselement (6; 36; 46; 56; 66) verbunden ist, wobei eine Führung, die zur Führung der linearen Relativbewegung an der gelenkigen Verbindung ausgestaltet ist, mit dem zweiten Kopplungselement (5; 45; 55; 65) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 7, wobei die gelenkige Verbindung einen monolithischen Körper aufweist, der bei Einwirkung einer Biegekraft elastisch verbogen wird und dadurch eine Bewegung eines Gelenks ausführt.
Anordnung nach Anspruch 8, wobei der monolithische Körper zumindest einen Längsabschnitt aufweist, in dem der Körper geringeren Widerstand gegen eine elastische Verformung aufweist als in zumindest einem anderen Abschnitt.
Verfahren zum Vermessen eines Messobjekts (10), insbesondere zur Bestimmung von Koordinaten des Messobjekts (10), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - ein Sensor (7; 27; 37) wird mittels einer Bewegungseinrichtung (3, 4; 23, 4; 33, 34) relativ zu einem Messobjekt bewegt, um den Sensor (7; 27; 37) in eine Erfassungsposition zur Erfassung des Messobjekts (10) zu bringen, - Informationen über Schwingungen der Bewegungseinrichtung (3, 4; 23, 4; 33, 34), des Sensors (7; 27; 37) und/oder zumindest einer mit der Bewegungseinrichtung (3, 4; 23, 4; 33, 34) und/oder dem Sensor (7; 27; 37) verbundenen Einrichtung werden durch Messung zumindest einer Messgröße erzeugt, - eine Aktuatoreinrichtung (8; 38; 48; 68; 71), über die der Sensor (7; 27; 37) mit der Bewegungseinrichtung (3, 4; 23, 4; 33, 34) gekoppelt ist, wird unter Berücksichtigung der Informationen über die Schwingungen von einer Steuereinrichtung (19) derart angesteuert, dass Schwingungsbewegungen des Sensors (7; 27; 37) mindestens teilweise kompensiert werden.
Verfahren nach Anspruch 10 wobei die Aktuatoreinrichtung (8; 38; 48; 68; 71) eine Mehrzahl von Motoren (41) aufweist und wobei jeder der Motoren (41) unabhängig von einem anderen Motor (41) oder anderen Motoren (41) der Aktuatoreinrichtung (8; 38; 48; 68; 71) durch die Steuereinrichtung (19) angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei eine Mehrzahl der Motoren (41) derart angesteuert wird, dass jeweils eine Bewegung bezüglich eines einzigen linearen Freiheitsgrades der Bewegung und somit entlang einer linearen Bewegungsachse des Motors erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die linearen Bewegungsachsen von zumindest zwei Motoren (41) der Aktuatoreinrichtung (8; 38; 48; 68; 71) parallel zueinander sind, wobei jeder der Motoren (41) mit parallelen Bewegungsachsen über ein erstes Kopplungselement (5) mit der Bewegungseinrichtung (3, 4; 23, 4; 33, 34) gekoppelt ist und über ein zweites Kopplungselement (6) mit dem Sensor (7; 27; 37) gekoppelt ist und wobei das erste Kopplungselement (5) oder das zweite Kopplungselement (6) jeweils über ein Gelenk drehbeweglich mit den Motoren (41) mit parallelen Bewegungsachsen gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei zumindest sechs der Motoren (41) derart angesteuert wird, dass jeweils eine Bewegung bezüglich eines einzigen linearen Freiheitsgrades der Bewegung erzeugt wird, wobei die sechs Motoren (41) einen Hexapod bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei durch die Mehrzahl der Motoren (41) Schwingungsbewegungen des Sensors (7; 27; 37) bezüglich zumindest eines linearen Freiheitsgrades der Bewegung und zumindest eines rotatorischen Freiheitsgrad der Bewegung zumindest teilweise kompensiert werden.