DE102021115900A1

DE102021115900A1 - Coordinate measuring machine and method for determining the dimensional properties of a workpiece

Info

Publication number: DE102021115900A1
Application number: DE102021115900.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Uhl; Rainer Sagemüller
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2022-02-03

Abstract

Koordinatenmessgerät (10) zur Bestimmung von dimensionellen Eigenschaften eines Werkstücks (23), das einen Messkopf (20), eine Werkstückauflage (30), einen Antrieb (36) und eine Steuerung (38) aufweist, wobei die Werkstückauflage (30) mittels des Antriebs (36) bewegbar ist, wobei das Werkstück (23) auf der Werkstückauflage (30) aufgespannt ist, und wobei die Steuerung (38) dazu eingerichtet ist: einen Parameter (J), in dem eine Trägheit der Werkstückauflage (30) und des Werkstücks (23) umfasst ist, und/oder einen Bewegungszustand des Koordinatenmessgerätes zu erhalten; einen Antriebsstrom (IA,ist) zum Betätigen des Antriebs (36) auf Basis des Parameters (J) und/oder des Bewegungszustandes zu erzeugen, der vor dem Bewegen des Antriebs (36) in Abhängigkeit des Parameters (J) und/oder des Bewegungszustandes auf einen zulässigen Maximalwert begrenzt ist; und den Antrieb (36) mittels des Antriebsstroms zu regeln, so dass die Werkstückauflage (30) mit dem Werkstück (23) in eine vordefinierte Position bewegt wird, oder auf eine vordefinierte Geschwindigkeit beschleunigt wird. Die Steuerung (38) ist dazu eingerichtet, einen höheren Antriebsstrom als den zulässigen Maximalstrom während einer initialen Beschleunigungsphase der Werkstückauflage (30) auf der Wegstrecke zum Erreichen der vordefinierten Position zuzulassen.Coordinate measuring machine (10) for determining dimensional properties of a workpiece (23), which has a measuring head (20), a workpiece support (30), a drive (36) and a controller (38), the workpiece support (30) being controlled by the drive (36) can be moved, the workpiece (23) being clamped on the workpiece support (30), and the controller (38) being set up for this purpose: a parameter (J) in which an inertia of the workpiece support (30) and the workpiece (23) is included, and/or to obtain a movement state of the coordinate measuring machine; generate a drive current (IA,actual) for actuating the drive (36) on the basis of the parameter (J) and/or the state of motion prior to moving the drive (36) as a function of the parameter (J) and/or the state of motion is limited to a maximum allowable value; and to regulate the drive (36) by means of the drive current, so that the workpiece support (30) with the workpiece (23) is moved to a predefined position or is accelerated to a predefined speed. The controller (38) is set up to allow a higher drive current than the permissible maximum current during an initial acceleration phase of the workpiece support (30) on the path to reach the predefined position.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren zur Bestimmung von dimensionellen Eigenschaften eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Das Koordinatenmessgerät weist einen Messkopf, eine Werkstückauflage, einen Antrieb und eine Steuerung auf. Die Werkstückauflage ist mittels des Antriebs bewegbar und das Werkstück auf der Werkstückauflage aufgespannt. Ein solches Koordinatenmessgerät und Verfahren sind in DE 10 2015 116 850 A1 offenbart.The present invention relates to a coordinate measuring machine and a method for determining dimensional properties of a workpiece according to the preamble of claim 1. The coordinate measuring machine has a measuring head, a workpiece support, a drive and a controller. The workpiece support can be moved by means of the drive and the workpiece is clamped on the workpiece support. Such a coordinate measuring machine and method are in DE 10 2015 116 850 A1 disclosed.

Koordinatenmessgeräte, insbesondere mit taktilen und/oder optischen Messsensoren, werden in der dimensionellen Messtechnik verwendet, um die Form einer Werkstückoberfläche, bspw. durch Abtastung, zu bestimmen. Da die dimensionelle Messtechnik im Regelfall in Industriezweigen Anwendung findet, in denen hohe Genauigkeiten, beispielsweise für nachfolgende Bearbeitungsschritte oder zur Qualitätssicherung erforderlich sind, ist eine fehlerfreie Funktionsweise und Anbringung der Messsensorik sowie der zu messenden Werkstücke über die gesamte Lebensdauer zu gewährleisten.Coordinate measuring devices, in particular with tactile and/or optical measuring sensors, are used in dimensional metrology in order to determine the shape of a workpiece surface, for example by scanning. Since dimensional measurement technology is usually used in branches of industry in which high levels of accuracy are required, for example for subsequent processing steps or for quality assurance, error-free functioning and attachment of the measurement sensors and the workpieces to be measured must be guaranteed over the entire service life.

Zum Bestimmen der dimensionellen Eigenschaften des zu messenden Werkstückes wird dieses auf einer sog. Werkstückauflage des Koordinatenmessgerätes (bspw. automatisch mittels eines Roboterarms oder manuell mittels eines Bedieners) platziert und mit Hilfe einer Aufspannvorrichtung (z.B. eines Kranzspannfutters) festgespannt. Somit wird ein Verrutschen des Werkstücks während des Messvorgangs verhindert.To determine the dimensional properties of the workpiece to be measured, it is placed on a so-called workpiece support of the coordinate measuring machine (e.g. automatically using a robot arm or manually by an operator) and clamped using a clamping device (e.g. a ring chuck). This prevents the workpiece from slipping during the measuring process.

Zum Erfassen der Koordinaten des Werkstücks (d.h. zur Bestimmung dessen dimensioneller Eigenschaften), wird das Werkstück bspw. durch einen optischen oder taktilen Messkopf abgetastet. Um den Messvorgang zu beschleunigen und gezielt Messpunkte auf einer Oberfläche des Werkstücks zu erfassen, wird der Messkopf relativ zu der Werkstückauflage, und somit auch relativ zu dem darauf fixierten Werkstück, bewegt. Diese Relativbewegung kann bspw. dadurch realisiert sein, dass der Messkopf, der bspw. an einem freien Ende einer Pinole montiert ist, in alle drei Raumrichtungen bewegbar ist (bspw. Portal- oder Ständerbauweise eines Koordinatenmessgerätes). Alternativ kann der Messkopf auch an einem Endeffektor eines Roboterarms angeordnet sein und mittels des Roboterarms gegenüber der Werkstückauflage bewegt werden.To record the coordinates of the workpiece (i.e. to determine its dimensional properties), the workpiece is scanned, for example by an optical or tactile measuring head. In order to accelerate the measuring process and to acquire measuring points on a surface of the workpiece in a targeted manner, the measuring head is moved relative to the workpiece support and thus also relative to the workpiece fixed thereon. This relative movement can be realized, for example, in that the measuring head, which is mounted, for example, on a free end of a quill, can be moved in all three spatial directions (for example, portal or column construction of a coordinate measuring machine). Alternatively, the measuring head can also be arranged on an end effector of a robot arm and can be moved in relation to the workpiece support by means of the robot arm.

Alternativ oder ergänzend ist im Regelfall auch die Werkstückauflage derart ausgestaltet, dass diese gegenüber dem Messkopf bewegbar ist. Im Stand der Technik werden bspw. sogenannte Drehtische, die um eine definierte Drehachse drehbar sind, eingesetzt. Zudem sind auch Werkstückauflagen bekannt, die entlang zumindest einer (translatorischen) Verfahrachse (in x-, y-, und/oder z-Raumrichtung) verfahrbar sind.As an alternative or in addition, the workpiece support is usually designed in such a way that it can be moved relative to the measuring head. In the prior art, for example, so-called turntables, which can be rotated about a defined axis of rotation, are used. Workpiece supports are also known which can be moved along at least one (translational) movement axis (in the x, y and/or z spatial direction).

Um diese Beweglichkeit der Werkstückauflage zu gewährleisten, verfügt das Koordinatenmessgerät über zumindest einen Antrieb. Dieser Antrieb ist zumeist in Form eines Gleichstrom- oder Wechselstrom-Motors realisiert, der über eine Motorsteuerung bzw. -regelung angesteuert wird. Die Motorsteuerung erhält bspw. Sensorsignale von einem oder mehreren positionsgebenden Ortserfassungssensoren (z.B. sog. Inkrementalmessgebern), die derart an der Werkstückauflage angeordnet sind, dass eine momentane Ist-Position der Werkstückauflage (vorzugsweise in Echtzeit) erfasst wird, um diese mit einer vordefinierten Soll-Position abzugleichen.In order to ensure this mobility of the workpiece support, the coordinate measuring machine has at least one drive. This drive is usually implemented in the form of a direct current or alternating current motor, which is controlled via a motor control or regulation. The motor control receives, for example, sensor signals from one or more position-sensing location detection sensors (e.g. so-called incremental encoders), which are arranged on the workpiece support in such a way that a current actual position of the workpiece support is recorded (preferably in real time) in order to compare it with a predefined target to adjust position.

Die Soll-Position, in die die Werkstückauflage bewegt werden soll, ergibt sich beispielsweise daraus, welcher Messpunkt an dem Werkstück (nachfolgend) erfasst werden soll. Die Soll-Position(en) kann (können) vorzugsweise anhand eines Messplans bzw. Prüfplans definiert sein, der mithilfe einer Messplan-Software (z.B. die von der Anmelderin vertriebene Software „CALYPSO“) erzeugt wird, um die dimensionelle Messung des Werkstücks im Voraus vor dem Messvorgang softwareseitig zu planen.The target position into which the workpiece support is to be moved results, for example, from which measuring point on the workpiece (subsequently) is to be recorded. The target position(s) can (can) preferably be defined using a measurement plan or test plan, which is generated using measurement plan software (e.g. the “CALYPSO” software sold by the applicant) in order to carry out the dimensional measurement of the workpiece in advance be planned before the measurement process on the software side.

In einem solchen Messplan sind neben einer Vielzahl von sog. Prüfmerkmalen und anzufahrenden Messpunkten am Werkstück (Soll-Positionen) weitere messtechnisch relevante Parameter definiert. Beispielsweise sind Regelparameter (Beschleunigung, Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung, Bewegungsbahn, etc.) definiert, anhand derer eine Bewegung des Messkopfes relativ zu der Werkstückauflage zwischen zwei Messpunkten möglichst exakt definiert werden kann. Für die Bewegung der Werkstückauflage kann bspw. angegeben sein, welche Positionsänderung zwischen zwei Messpunkten vollzogen werden soll und in welcher Zeit diese Positionsänderung zu geschehen hat.In addition to a large number of so-called test characteristics and measuring points to be approached on the workpiece (nominal positions), other metrologically relevant parameters are defined in such a measurement plan. For example, control parameters (acceleration, speed, direction of movement, path of movement, etc.) are defined, by means of which a movement of the measuring head relative to the workpiece support between two measuring points can be defined as precisely as possible. For the movement of the workpiece support, it can be specified, for example, which position change is to be carried out between two measuring points and the time in which this position change has to take place.

Aus den Informationen des Soll-Ist-Abgleichs (Positionsänderungsinformationen) zusammen mit einer zeitlichen Vorgabe, wie schnell eine bestimmte Positionsänderung zu erfolgen hat, ergibt sich eine notwendige (Soll-) Beschleunigung der Werkstückauflage, die von dem Antrieb bereitgestellt werden muss. In der Motorsteuerung wird diese (Soll-) Beschleunigung in einen Soll-Motorstrom übersetzt, der als Eingangsgröße in den Antriebs-Stromregelkreis eingeht, wobei Reibungs- und Trägheitseffekte der durch den Antrieb zu bewegenden Komponenten berücksichtigt sind.The information from the target/actual comparison (position change information) together with a time specification of how quickly a certain position change has to take place results in a necessary (target) acceleration of the workpiece support, which the drive must provide. In the motor controller, this (set) acceleration is translated into a set motor current, which is used as an input variable in the drive current control loop, with the friction and inertia effects of the components to be moved by the drive being taken into account.

Die Werkstückaufnahmen, bspw. Drehtische, für Koordinatenmessgeräte sind in der Regel für eine vorgegebene Beschleunigung bei einer festgelegten maximal zulässigen Trägheit ausgelegt. Hierzu ist ein bestimmter Antriebsstrom an dem Antrieb der Werkstückaufnahme erforderlich, sodass der Antrieb das erforderliche Antriebsmoment bereitstellen kann. Durch das daraus resultierende, konstante Antriebsmoment wird die Messleistung des Koordinatenmessgerätes (samt Werkstückauflage) definiert. Je höher das zur Verfügung stehende Antriebsmoment, desto höher die mögliche Beschleunigung bei einer Positionsänderung der Werkstückauflage, weshalb für das Verfahren der Werkstückauflage zwischen zwei Messpunkten weniger Zeit benötigt wird.The workpiece holders, e.g. rotary tables, for coordinate measuring machines are usually designed for a specified acceleration with a specified maximum permissible inertia. For this purpose, a specific drive current is required at the drive of the workpiece holder, so that the drive can provide the required drive torque. The measuring performance of the coordinate measuring machine (including the workpiece support) is defined by the resulting constant drive torque. The higher the drive torque available, the higher the possible acceleration when the position of the workpiece support changes, which is why less time is required to move the workpiece support between two measuring points.

Durch das zur Verfügung stehende Antriebsmoment treten einige Probleme auf, die es nachstehend zu erläutern gilt.Due to the available drive torque, there are a number of problems that need to be explained below.

Beispielsweise können aufgrund hoher Antriebsmomente und hoher Trägheit hohe Quetschkräfte auftreten, durch die ein Anwender gefährdet werden kann. Zum Beispiel liegt die Größenordnung üblicher Antriebsmomente von Drehtischen mittlerer Größe (bspw. Trägheitsmomente bis 20 kgm² und ca. 600 kg Zuladung durch das Werkstück) in einer Größenordnung von mehreren zehn Newtonmetern (z.B. 30 Nm). Je nach Drehtisch-Klasse (Drehtisch-Größe) wird ein bestimmtes Antriebsmoment benötigt, um eine geforderte Dynamik (Beschleunigung) der Werkstückauflage und somit auch des Koordinatenmessgerätes zu gewährleisten und zudem auf mögliche Störungen in Regelkreis der Regelung reagieren zu können. Letzteres gilt insbesondere bei größeren zu beschleunigenden Massenträgheitsmomenten (z.B. 20 kgm² und mehr).For example, due to high drive torques and high inertia, high crushing forces can occur, which can endanger a user. For example, the magnitude of typical drive torques for medium-sized turntables (e.g. moments of inertia of up to 20 kgm ² and approximately 600 kg load through the workpiece) is on the order of several tens of Newton meters (eg 30 Nm). Depending on the rotary table class (rotary table size), a certain drive torque is required to ensure the required dynamics (acceleration) of the workpiece support and thus also the coordinate measuring machine and also to be able to react to possible disturbances in the control loop. The latter applies in particular to larger mass moments of inertia to be accelerated (eg 20 kgm ² and more).

Am Beispiel von Drehtischen geben Sicherheitsrichtlinien bspw. eine maximal zulässige Quetschkraft (z.B. 400 Newton) vor. Diese Quetschkraftobergrenze ist auf den äußeren Rand der Drehtisch-Planscheibe bezogen. Die durch das Antriebsmoment hervorgerufene Quetschkraft errechnet sich aus dem Verhältnis des maximalen Antriebsmoments und dem Radius der Planscheibe. Die tatsächlich in einem Kollisionsfall auftretende Quetschkraft ist allerdings noch deutlich höher, da zusätzlich die kinetische Energie des Werkstücks bzw. eines Drehtisch-Rotors berücksichtigt werden muss.Using the example of turntables, safety guidelines specify a maximum permissible crushing force (e.g. 400 Newtons). This upper limit of the crushing force is related to the outer edge of the rotary table faceplate. The crushing force caused by the drive torque is calculated from the ratio of the maximum drive torque and the radius of the faceplate. However, the crushing force that actually occurs in the event of a collision is significantly higher, since the kinetic energy of the workpiece or a turntable rotor must also be taken into account.

Durch die physikalische Abhängigkeit der Quetschkraft von dem Radius ergibt sich die Problematik, dass die Quetschkraft mit kleiner werdendem Radius, d.h. bspw. im Falle einer Kollision mit einem Werkstück von kleinerem Durchmesser, aufgrund des konstanten Antriebsmoments gefährlich hoch werden kann, woraus eine erhebliche Verletzungsgefahr resultiert.Due to the physical dependence of the crushing force on the radius, the problem arises that the crushing force can become dangerously high as the radius decreases, ie in the event of a collision with a workpiece of smaller diameter, due to the constant drive torque, resulting in a considerable risk of injury .

Die zuvor erläuterte Problematik eines konstanten Antriebsmoments verschärft sich beispielsweise bei kleinen Massenträgheitsmomenten von Werkstückauflagen, bei denen im Betriebszustand zwar kein hoher Antriebsstrom zur Beschleunigung benötigt wird, allerdings im Kollisionsfall dennoch ein Motorstrom zur Verfügung steht und hohe Quetschkräfte bewirken kann. Gleiches gilt für eine Bewegung (Rotation oder Verfahren) der Werkstückauflage bei einer konstanten Geschwindigkeit (d.h. ohne Beschleunigung).The previously explained problem of a constant drive torque is exacerbated, for example, with low mass moments of inertia of workpiece supports, where no high drive current is required for acceleration during operation, but motor current is still available in the event of a collision and can cause high crushing forces. The same applies to a movement (rotation or displacement) of the workpiece support at a constant speed (i.e. without acceleration).

Weiterhin besteht die Problematik, dass bspw. empfindliche Werkstücke im Kollisionsfall beschädigt oder gar zerstört werden können. Ein Beispiel hierfür sind Turbinenschaufeln. Diese Werkstücke sind teuer und weisen dünnwandige, empfindliche Strukturen auf. In einem Kollisionsfall kann ggf. das volle Antriebsmoment auf diese dünnwandigen, fragilen Strukturen wirken und zur Beschädigung oder gar Zerstörung führen.There is also the problem that, for example, sensitive workpieces can be damaged or even destroyed in the event of a collision. Turbine blades are an example of this. These workpieces are expensive and have thin-walled, sensitive structures. In the event of a collision, the full drive torque can act on these thin-walled, fragile structures and lead to damage or even destruction.

Ferner weisen Werkstückauflagen, insbesondere Drehtische, für messtechnische Anwendungen zumeist (erschütterungs-) empfindliche Getriebe (z.B. Reibradgetriebe) mit einer oder mehreren Getriebestufen auf. Diese Getriebe sind mittels der einen oder mehreren Getriebestufen in der Lage, hohe Drehzahlen zu reduzieren. Zudem kann es ab einem vorbestimmten Grenzdrehmoment zu einem sicherheitstechnisch günstigen Nebeneffekt kommen, der dadurch entsteht, dass das Getriebe bei Überschreitung dieses Grenzdrehmoments durchrutscht und somit als eine Art Überlastsicherung fungiert.Furthermore, workpiece supports, in particular rotary tables, usually have (vibration) sensitive gears (e.g. friction gears) with one or more gear stages for metrological applications. These gears are able to reduce high speeds by means of one or more gear stages. In addition, from a predetermined limit torque, there can be a safety-related side effect, which arises from the fact that the transmission slips when this limit torque is exceeded and thus acts as a kind of overload protection.

Diese Getriebe sind bspw. in der Lage, Betätigungsmomente, die beim Aufspannen des Werkstücks auf der Werkstückauflage entstehen, aufzunehmen. Zumeist sind die auf Drehtischen aufzuspannenden Werkstücke rotationssymmetrisch, wobei die Aufspannung dieser Werkstücke bspw. über ein sog. Kranzspannfutter erfolgt. Dabei werden Betätigungsmomente um die Drehachse des Drehtisches erzeugt, die von dem Drehtisch-Getriebe aufzunehmen sind. Durch die Betätigungsmomente besteht die Gefahr, dass hochgenau bearbeitete Getriebeelemente beschädigt werden, z.B. hochgenau geschliffene Reibräder „durchrutschen“.These gears are, for example, able to absorb actuation torques that occur when the workpiece is clamped on the workpiece support. In most cases, the workpieces to be clamped on rotary tables are rotationally symmetrical, with these workpieces being clamped, for example, by means of a so-called ring chuck. In this case, actuation torques are generated about the axis of rotation of the rotary table, which are to be absorbed by the rotary table gear. Due to the operating torques, there is a risk that high-precision machined transmission elements will be damaged, e.g. high-precision ground friction wheels "slip".

Dabei kann es zur Beschädigung der Oberfläche(n) dieser Zahn- bzw. Reibräder kommen. Dies kann wiederum dazu führen, dass sich die (idealerweise linienförmig wirkende) größte Spannung, die entsteht, wenn zwei starren Körpern (Zahnradzähne) mit gewölbter Oberfläche gegeneinander gepresst werden (Hertz'sche Pressung), durch beschädigungsbedingte Abplattung („Flachstellen“) der gewölbten Oberflächen auf eine größere Berührungsfläche verteilt. Dadurch verändert sich eine charakteristische Spannungsverteilung (Flächenpressung), was zur Veränderung der Getriebegenauigkeit und zur Beeinträchtigung der Laufruhe des Getriebes führen kann. All dies wirkt sich negativ auf die Messgenauigkeit des Koordinatenmessgerätes bei der Koordinatenmessung aus.This can damage the surface(s) of these gears or friction wheels. This in turn can lead to the greatest stress (ideally linear) that occurs when two rigid bodies (gear teeth) with a curved surface are pressed against each other (Hertzian pressure) due to damage-related flattening (“flat spots”) of the curved surface Surfaces distributed over a larger touch area. This changes one characteristic stress distribution (surface pressure), which can lead to a change in gear accuracy and impair the smooth running of the gear. All this has a negative effect on the measurement accuracy of the coordinate measuring machine when measuring coordinates.

Problematisch im Sinne der vorliegenden Anmeldung können Getriebe mit geringer Selbsthemmung (den durch Reibung verursachten Widerstand gegen ein Verrutschen oder ein Verdrehen zweier aneinander liegender Körper) sein, da nur bei einer hinreichend geringen Selbsthemmung extern eingeleitete Drehmomente bzw. Kräfte (so auch die zuvor genannten Betätigungsmomente) in dem Antriebsstrom des Antriebs „sichtbar“ sind. Bei Abschaltung des Antriebs muss die Selbsthemmung dann derart gering sein, dass Beschädigungen an dem Getriebe vermieden werden.Transmissions with low self-locking (the resistance caused by friction against slipping or twisting of two bodies lying against one another) can be problematic in the sense of the present application, since externally introduced torques or forces (including the aforementioned actuating torques ) are "visible" in the drive current of the drive. When the drive is switched off, the self-locking must then be so low that damage to the transmission is avoided.

Die eingangs genannte DE 10 2015 116 850 A1 offenbart ein System und ein Verfahren zum sicheren Überwachen eines Parameters, insbesondere eines Massenträgheitsmoments, der zur Bestimmung einer Bewegungsenergie eines Objekts erforderlich ist, das mittels eines Sensors eines Koordinatenmessgerätes vermessbar ist, wobei das Objekt zwischen verschiedenen Positionen bewegt wird, wobei das Objekt an jeder der Anfahrpositionen vorzugsweise zumindest kurzzeitig in Ruhe ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) initiales Bestimmen des Parameters und Festlegen des initial bestimmten Parameters als Sollwert; b) Bewegen des Objekts von einer Position zu einer nächsten Position und erneutes Bestimmen des Parameters für einen Bewegungszyklus zwischen den entsprechenden Positionen; c) Festlegen des erneut bestimmten Parameters als Istwert; d) Vergleichen des Sollwerts mit dem Istwert; e) Fortfahren mit der Bewegung des Objekts, wenn der Vergleich ergibt, dass der Istwert im Wesentlichen mit dem Sollwert übereinstimmt, und Zurückkehren zum Schritt b), so lange eine letzte Position nicht erreicht ist; oder f) Ausgeben einer Fehlermeldung, wenn der Vergleich ergibt, dass der Istwert wesentlich vom Sollwert abweicht.The one mentioned above DE 10 2015 116 850 A1 discloses a system and a method for securely monitoring a parameter, in particular a mass moment of inertia, which is required to determine a kinetic energy of an object which can be measured by means of a sensor of a coordinate measuring machine, the object being moved between different positions, the object being at each of the Anfahrpositionen is preferably at least briefly at rest, the method having the steps: a) initially determining the parameter and setting the initially determined parameter as a setpoint; b) moving the object from one position to a next position and redetermining the parameter for a movement cycle between the respective positions; c) establishing the parameter determined again as the actual value; d) comparing the target value with the actual value; e) continuing the movement of the object if the comparison shows that the actual value essentially corresponds to the desired value and returning to step b) as long as a last position has not been reached; or f) outputting an error message if the comparison shows that the actual value deviates significantly from the target value.

DE 10 2011 089 061 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgerätes und ein Koordinatenmessgerät, wobei eine Mechanik zum Verstellen eines Sensors relativ zu einer Werkstückauflage in zumindest einer Richtung vorgesehen ist und diese Mechanik wenigstens einen Elektromotor aufweist, über den die Verstellung des Sensors oder der Werkstückauflage in dieser Richtung angetrieben wird. Ein elektrischer Antriebstrom, der durch den Elektromotor fließt, wird gemessen. Außerdem wird eine Ist-Position des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung gemessen. Zwischen der gemessenen Ist-Position und einer vorgegebenen Soll-Position wird durch Addition oder Subtraktion eine Regelabweichung ermittelt. Aufgrund der Regelabweichung wird durch einen Regler eine Stellgröße ermittelt, die zur einzustellenden Geschwindigkeit des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung proportional ist. Abhängig von dieser durch den Regler ermittelten Stellgröße wird ein Stromgrenzwert für den elektrischen Antriebstrom ermittelt. Wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert erreicht und/oder wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert überschreitet, wird die Bewegung der Mechanik zumindest in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung angehalten. DE 10 2011 089 061 A1 discloses a method for operating a coordinate measuring machine and a coordinate measuring machine, wherein a mechanism is provided for adjusting a sensor relative to a workpiece support in at least one direction and this mechanism has at least one electric motor, via which the adjustment of the sensor or the workpiece support in this direction is driven . A drive electric current flowing through the electric motor is measured. In addition, an actual position of the sensor or the workpiece support is measured in the direction driven by the electric motor. A control deviation is determined between the measured actual position and a specified target position by addition or subtraction. Due to the control deviation, a control variable is determined by a controller, which is proportional to the speed of the sensor or the workpiece support to be set in the direction driven by the electric motor. Depending on this manipulated variable determined by the controller, a current limit value for the electric drive current is determined. If the electric drive current reaches the determined current limit value and/or if the electric drive current exceeds the determined current limit value, the movement of the mechanism is stopped at least in the direction driven by the electric motor.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Koordinatenmessgerät derart weiterzuentwickeln, dass die mit einem Antriebsmoment bzw. Antriebsstrom einhergehenden Probleme verringert werden und ein effizienter Messablauf ermöglicht wird.Against this background, it is an object of the present invention to further develop a coordinate measuring machine in such a way that the problems associated with a drive torque or drive current are reduced and an efficient measurement process is made possible.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, einen höheren Antriebsstrom als den zulässigen Maximalstrom während einer initialen Beschleunigungsphase der Werkstückauflage auf der Wegstrecke zum Erreichen der vordefinierten Position zuzulassen.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a coordinate measuring machine according to claim 1, wherein the controller is set up to allow a higher drive current than the permissible maximum current during an initial acceleration phase of the workpiece support on the path to reach the predefined position.

Ferner wird die Aufgabe gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung von dimensionellen Eigenschaften eines Werkstücks nach Anspruch 11, wobei während einer initalen Beschleunigungsphase der Werkstückauflage auf der Wegstrecke zum Erreichen der vordefinierten Position ein höherer Antriebsstrom als der zulässige Maximalstrom zugelassen wird..Furthermore, the object is achieved according to a second aspect of the invention by a method for determining dimensional properties of a workpiece according to claim 11, wherein a higher drive current than the permissible maximum current is permitted during an initial acceleration phase of the workpiece support on the path to reach the predefined position. .

Ein Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, dass durch die Trägheits-abhängige Regelung des Antriebsstroms in einem Kollisionsfall die an der Werkstückauflage, der Aufspannung und/oder dem Werkstück auf der Werkstückauflage auftretenden Quetschkräfte reduziert werden können. Hierdurch kommt es zu einem verringerten Verletzungspotenzial und zu einer Erhöhung der Sicherheit für eine Bedienperson.An advantage of the new method is that the inertia-dependent control of the drive current in the event of a collision can reduce the crushing forces occurring on the workpiece support, the clamping and/or the workpiece on the workpiece support. This results in a reduced potential for injury and an increase in safety for an operator.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Regelung des Antriebsstroms die durch den Antrieb bewegten Massen bzw. Massenträgheitsmomente bei der Regelung des Motormoments berücksichtigt werden. Dadurch kann, vorzugsweise abhängig von dem jeweils zu messenden Werkstück, stets ein optimal an den jeweiligen Messaufbau angepasstes Antriebsmoment bereitgestellt werden, durch das weiterhin eine von dem Koordinatenmessgerät gewünschte Messleistung (u.a. durch die Antriebsleistung der Werkstückauflage) bereitgestellt werden kann. Zusätzlich ist es möglich, auf sicherheitskritische Aspekte einzugehen.Another advantage is that by controlling the drive current, the masses moved by the drive or mass moments of inertia are taken into account when controlling the motor torque. As a result, a drive torque that is optimally adapted to the respective measuring setup can always be provided, preferably depending on the workpiece to be measured, by Furthermore, a measuring performance desired by the coordinate measuring machine (inter alia through the drive power of the workpiece support) can be provided. In addition, it is possible to address safety-critical aspects.

Dabei ist die Steuerung dazu eingerichtet, einen höheren Antriebsstrom als den zulässigen Maximalstrom - lediglich - während initialer Beschleunigungsphasen der Werkstückauflage auf dem Weg zu der nächsten Messposition zuzulassen. Diese Ausgestaltung bezieht sich insbesondere auf die Anlaufphase des Antriebs, in der Reibungs- und Trägheitseffekte überwunden werden müssen, für die oftmals höhere Antriebsströme (allerdings nur kurzzeitig bis zur Überwindung der jeweiligen Initialmomente) vorteilhaft sind. In diesen Anlaufphasen ist es von Vorteil, wenn keine Begrenzung auf einen maximal zulässigen, Trägheits-abhängigen Antriebsstrom stattfindet. Nach der initialen Anlaufphase bzw. Beschleunigungsphase wird der Antriebsstrom entsprechend auf den zulässigen Maximalstrom begrenzt.The controller is set up to allow a higher drive current than the permissible maximum current—only—during initial acceleration phases of the workpiece support on the way to the next measuring position. This configuration relates in particular to the start-up phase of the drive, in which the effects of friction and inertia must be overcome, for which higher drive currents are often advantageous (but only briefly until the respective initial torques are overcome). In these start-up phases, it is advantageous if there is no limitation to a maximum permissible, inertia-dependent drive current. After the initial start-up phase or acceleration phase, the drive current is limited to the permissible maximum current.

Die Aufgabe wird also vereinfacht gesagt dadurch gelöst, dass der Antriebsstrom (und somit das Antriebsmoment) des Antriebs an die jeweilige Trägheit der Werkstückauflage samt dem sich jeweils darauf befindlichen Werkstück und/oder auf Basis des empfangenen Bewegungszustandes des Koordinatenmessgerätes angepasst wird. Bspw. wird im Motorregler eine maximale Strom-Obergrenze hinterlegt. Diese wird vorzugsweise derart ausgelegt, dass die größte Masse oder das größte Massenträgheitsmoment mit der größten vorgesehenen Beschleunigung bewegt werden kann. Da dieser Maximalstrom (Strom-Obergrenze) bei „kleineren“ Werkstücken nicht notwendig ist, wird der Strom reduziert. Die mögliche Beschleunigung des Antriebs und damit dessen Einfluss auf die Messleistung bleibt vorzugsweise konstant, d.h. unverändert, so dass die Messleistung nicht oder nur minimal negativ beeinflusst wird.Put simply, the task is solved in that the drive current (and thus the drive torque) of the drive is adapted to the respective inertia of the workpiece support including the workpiece located on it and/or on the basis of the received movement status of the coordinate measuring machine. For example, a maximum current upper limit is stored in the motor controller. This is preferably designed in such a way that the greatest mass or the greatest mass moment of inertia can be moved with the greatest acceleration provided. Since this maximum current (upper current limit) is not necessary for "smaller" workpieces, the current is reduced. The possible acceleration of the drive and thus its influence on the measurement performance preferably remains constant, i.e. unchanged, so that the measurement performance is not or only minimally negatively influenced.

Die Trägheit kann über bekannte mathematische Verfahren, die bspw. das Gewicht des bewegten Bauteils und dessen geometrische Gegebenheiten miteinbeziehen, bestimmt sein, oder messtechnisch ermitteln werden. Vorzugsweise werden die einzelnen Trägheitsanteile sämtlicher von dem Antrieb (rotatorisch und/oder translatorisch) bewegter Bauteile ermittelt. Die Gesamt-Trägheit ergibt sich aus der Summe der anteiligen Trägheiten der einzelnen bewegten Bauteile. Der Zusammenhang zwischen der Trägheit und dem Antriebsstrom kann in der Praxis als vorzugsweise linear angenommen werden. Es sei erwähnt, dass mit steigender Drehzahl eine elektromagnetische Gegenkraft entsteht, zu deren Überwindung ein größerer Motorstrom erforderlich ist. Dieser Effekt ist aufgrund der in der Praxis bei Koordinatenmessungen üblicherweise niedrigen Drehzahlen allerdings eher gering. Eine hohe Trägheit erfordert also einen hohen Antriebsstrom, eine geringe Trägheit einen geringen Antriebsstrom.The inertia can be determined using known mathematical methods that include, for example, the weight of the moving component and its geometric conditions, or it can be determined by measurement. Preferably, the individual inertia components of all components moved by the drive (rotary and/or translatory) are determined. The total inertia results from the sum of the proportionate inertias of the individual moving parts. In practice, the relationship between the inertia and the drive current can be assumed to be preferably linear. It should be mentioned that as the speed increases, an electromagnetic counterforce is created, which requires a larger motor current to overcome. However, this effect is rather small due to the low speeds that are usually used in coordinate measurements in practice. A high inertia therefore requires a high drive current, and a low inertia requires a low drive current.

Der Bewegungszustand des Koordinatenmessgerätes (oder des Drehtisches) kann bspw. in Form von einem oder mehreren Messsignalen empfangen werden. Der Bewegungszustand des Koordinatenmessgerätes kann bspw. einen Stillstand des Koordinatenmessgerätes oder eine Bewegung mit einer bestimmten (ggf. konstanten oder beschleunigten) Geschwindigkeit repräsentieren. In einem solchen Stillstand können erfindungsgemäß bspw. im Vergleich zu einem bewegten Zustand hohe Haltemomente des Drehtischantriebs zulässig sein. Dies kann vorteilhaft sein, wenn z.B. Betätigungsmomente beim Schließen eines Backenfutters aufgenommen werden müssen. Durch eine entsprechende Regelung in Abhängigkeit des Bewegungszustandes, kann somit der zulässige Motorstrom erhöht und/oder ein Schwellwert einer Stromüberwachung heraufgesetzt werden.The state of movement of the coordinate measuring machine (or of the turntable) can be received, for example, in the form of one or more measurement signals. The state of movement of the coordinate measuring machine can represent, for example, a standstill of the coordinate measuring machine or a movement at a specific (possibly constant or accelerated) speed. In such a standstill, according to the invention, for example, high holding torques of the turntable drive can be permissible in comparison to a moving state. This can be advantageous if, for example, actuation moments have to be absorbed when closing a jaw chuck. The permissible motor current can thus be increased and/or a threshold value of a current monitor can be increased by means of a corresponding regulation as a function of the state of motion.

Vorteilhaft kann zudem eine redundante Geschwindigkeitserkennung (bzw. Stillstandserkennung), oder eine Verwendung eines (sicheren) Bus-Anschlusses mit einem sicheren Stromgeber sein.Redundant speed detection (or standstill detection) or the use of a (safe) bus connection with a safe current transmitter can also be advantageous.

Es sei erwähnt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren und durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich zu den oben beschriebenen Effekten auch die Messleistung erhöht werden kann. Vorzugsweise ist in dem Parameter bspw. zusätzlich die Trägheit einer auf der Werkstückauflage vorgesehenen Aufspannvorrichtung umfasst. Eine solche Aufspannvorrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das Werkstück auf der Werkstückauflage aufzuspannen.It should be mentioned that, in addition to the effects described above, the measurement performance can also be increased by the method according to the invention and by the device according to the invention. Preferably, the parameter also includes, for example, the inertia of a clamping device provided on the workpiece support. Such a clamping device is preferably set up to clamp the workpiece on the workpiece support.

Der Parameter, in dem zumindest die Informationen über die Trägheit der Werkstückauflage sowie des Werkstücks umfasst sind, wird vorzugsweise als Steuersignal empfangen. Der Parameter kann vorbestimmt sein oder durch die Steuerung, bspw. während eines Kalibriervorgangs des Koordinatenmessgerätes, ermittelt werden. Mit anderen Worten kann die Trägheit der bewegten Teile (und somit auch des zu messenden Werkstücks) vorbekannt sein oder durch die Steuerung aktiv bestimmt werden. Ist die Trägheit vorbekannt, kann ein Schritt des Ermittelns der Trägheit durch die Steuerung entfallen.The parameter, which contains at least the information about the inertia of the workpiece support and the workpiece, is preferably received as a control signal. The parameter can be predetermined or determined by the controller, for example during a calibration process of the coordinate measuring machine. In other words, the inertia of the moving parts (and thus also of the workpiece to be measured) can be previously known or can be actively determined by the controller. If the inertia is already known, a step of determining the inertia by the controller can be omitted.

Das Erzeugen des Antriebsstroms zum Betätigen des Antriebs wird auf Basis des Parameters und/oder des Bewegungszustandes des Koordinatenmessgerätes realisiert. Da dieser Parameter bereits vor dem eigentlichen Bewegen des Antriebs vorbestimmt ist und/oder messtechnisch ermittelt wurde, kann der Antriebsstrom (in Echtzeit) für die jeweilige Antriebssituation geregelt bzw. erzeugt werden. Vorzugsweise wird der Antriebsstrom für jede einzelne Bewegung der Werkstückauflage eigens durch die Steuerung ermittelt.The drive current for actuating the drive is generated on the basis of the parameter and/or the state of motion of the coordinate measuring machine. Because this parameter is already predetermined before the actual movement of the drive and/or has been determined by measurement, the drive current can be regulated or generated (in real time) for the respective drive situation. The drive current for each individual movement of the workpiece support is preferably determined specifically by the controller.

Durch die Steuerung, d.h. durch die Begrenzung des Antriebsstroms in Abhängigkeit des Parameters und/oder des Bewegungszustandes auf einen zulässigen Maximalwert, wird sichergestellt, dass kein Fall eintritt, in dem an dem Antrieb ein für die jeweilige Antriebssituation (Beschleunigung) unverhältnismäßig hohes Antriebsmoment bereitgestellt wird, durch das potenziell hohe Quetschkräfte entstehen könnten. Anstelle dessen steht an dem Antrieb (endstufenseitig) jeweils nur das Antriebsmoment (der auf den Maximalwert begrenzte Antriebsstrom) bereit, das zur Bereitstellung der gewünschten Beschleunigung unter Maßgabe einer vorgegebenen Sicherheit (durch Vermeidung zu hoher, potenzieller Quetschkräfte) benötigt wird. Der Antrieb verfügt somit nicht über ein konstantes Antriebsmoment. Dieses wird vielmehr situationsabhängig (durch Maximalwertbegrenzung des Antriebsstroms) geregelt.The control, i.e. the limitation of the drive current depending on the parameter and/or the state of motion to a permissible maximum value, ensures that there is no case in which the drive is provided with a drive torque that is disproportionately high for the respective drive situation (acceleration). , which could result in potentially high crushing forces. Instead, only the drive torque (the drive current limited to the maximum value) is available at the drive (end stage side) that is required to provide the desired acceleration subject to a specified safety (by avoiding excessive, potential crushing forces). The drive therefore does not have a constant drive torque. Rather, this is regulated depending on the situation (by limiting the maximum value of the drive current).

Der Antrieb ist vorzugsweise ein Gleichstrom- oder Wechselstrom-Elektromotor einer bekannten Bauart (nähere Informationen offenbart z.B. Binder, Andreas. „Elektrische Maschinen und Antriebe.“ (2012): 678-691).The drive is preferably a DC or AC electric motor of a known type (further information is disclosed e.g. by Binder, Andreas. "Electrical Machines and Drives." (2012): 678-691).

Die „vordefinierte Messposition“ ist exemplarisch der jeweils als nächstes durch den Antrieb anzufahrende (Mess-) Punkt an dem Werkstück. Die vordefinierte Messposition kann bspw. erreicht werden, wenn ein Drehtisch von einer ersten Winkelstellung (z.B. 0 °) um x ° in eine zweite Winkelstellung (0 ° + x °) im Uhrzeigersinn gedreht wird.The "predefined measuring position" is, for example, the next (measuring) point on the workpiece to be approached by the drive. The predefined measuring position can be reached, for example, when a turntable is rotated clockwise by x ° from a first angular position (e.g. 0 °) to a second angular position (0 ° + x °).

Gemäß einer Ausgestaltung ist die Steuerung ferner dazu eingerichtet, den Parameter, in dem das Massenträgheitsmoment der Werkstückauflage und des Werkstücks umfasst ist, und/oder den Bewegungszustand zu ermitteln.According to one embodiment, the controller is also set up to determine the parameter, which includes the mass moment of inertia of the workpiece support and the workpiece, and/or the state of motion.

In dieser Ausgestaltung kann die Steuerung den Parameter und/oder den Bewegungszustand des Koordinatenmessgerätes (oder des Drehtisches) eigenständig und vorzugsweise aktiv ermitteln. Die Ermittlung des Parameters, insbesondere die Ermittlung der Trägheit der einzelnen bewegten Bauteile, die von dem Antrieb bewegt werden, erfolgt vorzugsweise auf Basis eines mathematischen Modells, mittels künstlicher Intelligenz (z.B. durch maschinelles Lernen) oder rein messtechnisch.In this embodiment, the controller can independently and preferably actively determine the parameter and/or the state of movement of the coordinate measuring machine (or the rotary table). The determination of the parameter, in particular the determination of the inertia of the individual moving components that are moved by the drive, is preferably carried out on the basis of a mathematical model, using artificial intelligence (e.g. through machine learning) or purely by measurement.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Trägheits-bedingten Effekte je nach Messsituation und Messgegebenheit durch die Steuerung ermittelbar und (fortlaufend) aktualisierbar sind. So kann bspw. das Massenträgheitsmoment oder die Masse erneut ermittelt werden, sobald ein neues Werkstück auf der Werkstückauflage zum Messen von dessen Koordinaten aufgespannt wird oder dessen Festspannposition auf der Werkstückauflage verändert wird.This refinement has the advantage that the inertia-related effects can be determined and (continuously) updated by the controller depending on the measurement situation and measurement conditions. For example, the mass moment of inertia or the mass can be determined again as soon as a new workpiece is clamped on the workpiece support for measuring its coordinates or its clamping position on the workpiece support is changed.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Steuerung dazu eingerichtet, den Parameter über die Auswertung eines Stromverlaufs, der während einer Beschleunigungsphase durch einen Stromsensor gemessen wird, zu ermitteln, vorzugsweise während einer erstmaligen Beschleunigungsphase.According to a further refinement, the controller is set up to determine the parameter by evaluating a current profile which is measured by a current sensor during an acceleration phase, preferably during an initial acceleration phase.

Unter der Formulierung „erstmalige Beschleunigungsphase“ wird jeweils die erste Beschleunigungsphase verstanden, die durch den Antrieb bereitgestellt wird, wenn ein neues Werkstück auf der Werkstückauflage aufgespannt wird. Somit wird vorzugsweise immer dann, wenn ein neues Werkstück auf der Werkstückauflage aufgelegt wird, während der jeweils erstmaligen Beschleunigungsphase das Massenträgheitsmoment oder die Masse der Werkstückauflage und des neu aufgelegten bzw. aufgespannten Werkstücks durch die Steuerung ermittelt. Unter der „erstmalige Beschleunigungsphase“ ist also nicht unbedingt eine Beschleunigungsphase bei der erstmaligen Inbetriebnahme bzw. Kalibrierung des Koordinatenmessgerätes zu verstehen. Vielmehr ist unter der „erstmalige Beschleunigungsphase“ die Beschleunigungsphase zu verstehen, die erstmalig nach Änderung des Messaufbaus (und somit einer potenziellen Änderung der Massenträgheitsmomente) auftritt.The wording "initial acceleration phase" is understood to mean the first acceleration phase that is provided by the drive when a new workpiece is clamped on the workpiece support. Thus, whenever a new workpiece is placed on the workpiece support, the mass moment of inertia or the mass of the workpiece support and the newly placed or clamped workpiece is determined by the controller during the first acceleration phase. The “initial acceleration phase” is therefore not necessarily to be understood as an acceleration phase when the coordinate measuring machine is first put into operation or calibrated. Rather, the "initial acceleration phase" is to be understood as the acceleration phase that occurs for the first time after a change in the measurement setup (and thus a potential change in the mass moments of inertia).

Am Beispiel eines Drehtisches als Werkstückauflage erfolgt die Bestimmung des Massenträgheitsmoments des Drehtisches samt Werkstück und vorzugsweise samt Aufspannvorrichtung (d.h. der drehenden Teile) anhand des während der erstmaligen Beschleunigung zu messenden Antriebsstromes. Hierzu kann der Antriebsstrom während der Beschleunigungsphase durch die Steuerung derart ausgewertet werden, dass über dessen Abhängigkeit von dem Massenträgheitsmoment auf das beschleunigte Massenträgheitsmoment messtechnisch geschlossen werden kann. Das Massenträgheitsmoment verhält sich linear zu dem Motor-Strom während der Beschleunigung. Dieser Skalierungsfaktor und ggf. ein Offset können durch Laborversuche bestimmt werden. Beispielsweise kann durch die Auswertung einer Soll-Ist-Antriebsstromdifferenz das Massenträgheitsmoment bestimmt werden, insofern reibungsbedingte Effekte, die beim Anlaufen des Antriebs in Lagerstellen auftreten, aus dem Messsignal (der Soll-Ist-Antriebsstromdifferenz) herausgefiltert werden. Hierbei kann bspw. ein definiertes Trägheitsmoment angenommen werden und dessen Abweichung zu dem erwarteten Strom betrachtet werden.Using the example of a turntable as a workpiece support, the mass moment of inertia of the turntable including the workpiece and preferably including the clamping device (ie the rotating parts) is determined using the drive current to be measured during the initial acceleration. For this purpose, the drive current during the acceleration phase can be evaluated by the controller in such a way that its dependency on the mass moment of inertia can be used to determine the accelerated mass moment of inertia using measurement technology. The moment of inertia is linear to the motor current during acceleration. This scaling factor and, if necessary, an offset can be determined by laboratory tests. For example, the mass moment of inertia can be determined by evaluating a target/actual drive current difference, insofar as friction-related effects that occur when the drive starts up in bearing points can be determined from the measurement signal (the target/actual drive current difference) be filtered out. Here, for example, a defined moment of inertia can be assumed and its deviation from the expected current can be considered.

Ferner existieren weitere mögliche Verfahren, mittels derer die Ermittlung der Trägheit ermöglicht ist. Beispielsweise kann eine bewegte Achse des Koordinatenmessgerätes „open loop“ mit einer oder mehreren Sinus-Frequenzen angeregt werden. Anhand der anregungsbedingten Systemantwort (Amplitude und/oder Phase) kann folgend auf das Massenträgheitsmoment geschlossen werden. Als „Sensor“ wird bei diesem Verfahren kein Stromsensor verwendet, sondern es kommen Wegmesssysteme und/oder Winkelmesssystem zum Einsatz.There are also other possible methods by means of which the inertia can be determined. For example, a moving axis of the coordinate measuring machine can be excited "open loop" with one or more sine frequencies. Based on the excitation-related system response (amplitude and/or phase), the mass moment of inertia can then be deduced. In this process, no current sensor is used as a "sensor", but displacement measuring systems and/or angle measuring systems are used.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung definiert der zulässige Maximalwert einen maximal zulässigen Dauerstrom und/oder einen maximal zulässigen Peak-Strom.According to a further refinement, the permissible maximum value defines a maximum permissible continuous current and/or a maximum permissible peak current.

Der maximal mögliche bzw. zulässige Antriebsstrom (Dauerstrom oder Spitzenstrom) wird in Abhängigkeit der Trägheit reduziert. In einem potenziellen Kollisionsfall treten somit reduzierte Quetschkräfte auf. Die mögliche Beschleunigung und damit die Messleistung bleiben vorzugsweise nahezu konstant.The maximum possible or permissible drive current (continuous current or peak current) is reduced depending on the inertia. In the event of a potential collision, the crushing forces are reduced. The possible acceleration and thus the measurement performance preferably remain almost constant.

Unter dem Begriff „Dauerstrom“ wird vorzugsweise ein geglätteter (d.h. frei von Stromspitzen) Stromwert verstanden, der sich bspw. zeitlich gemittelt als Antriebsstrom einstellt. Dabei werden vorzugsweise Effekte beim Anlaufen des Antriebes, durch die es zu hochfrequenten Stromspitzen kommen kann, ausgeblendet oder über die Zeit herausgemittelt. Eine Begrenzung des zulässigen, maximalen Dauerstroms ist von Vorteil, da es nicht bereits bei einem „Rauschen“ zu einer Antriebsstrombegrenzung kommt, sondern diese erst bei einem Überschreiten eines zulässigen (durchschnittlichen) Dauerstroms zum Tragen kommt.The term "continuous current" is preferably understood to mean a smoothed (i.e. free of current peaks) current value which, for example, is averaged over time as the drive current. Effects when starting the drive, which can lead to high-frequency current peaks, are preferably masked out or averaged out over time. A limitation of the permissible, maximum continuous current is advantageous, since a drive current limitation does not already occur in the event of “noise”, but only comes into effect when a permissible (average) continuous current is exceeded.

Unter dem Begriff „Peak-Strom“ wird der in einem Stromverlauf auftretende Spitzenstrom verstanden. Dieser tritt beispielsweise während der Anlaufphase des Antriebs auf, wenn Reibungseffekte an Lagerstellen sowie Massenträgheitseffekte der anzutreibenden Teile überwunden werden müssen.The term "peak current" means the peak current occurring in a current curve. This occurs, for example, during the start-up phase of the drive when friction effects at bearing points and mass inertia effects of the parts to be driven have to be overcome.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Werkstückauflage einen Drehtisch und die Trägheit der Werkstückauflage und des Werkstückes definiert ein Massenträgheitsmoment, das bei einer Drehung um eine Drehachse des Drehtischs vorherrscht.According to a further embodiment, the workpiece support includes a rotary table and the inertia of the workpiece support and the workpiece defines a mass moment of inertia that prevails during a rotation about an axis of rotation of the rotary table.

Diese Art von Drehtischen können für verschiedene (Gewichts-) Klassen von Werkstücken bereitgestellt sein. Die Drehtische werden mittels des Antriebes um die einzige Drehachse des Drehtisches gedreht. Diese Drehbewegung wird vorzugsweise anhand von inkrementellen (Drehwinkel-) Messgebern überwacht, die eine vordefinierte Auflösung haben und durch die ein exaktes Navigieren bei der Drehbewegung ermöglicht wird. Die Drehbewegung um die Drehachse des Drehtisches ist mit einer Drehbewegung von StellMotoren vergleichbar, die sich bei Ansteuerung jeweils um ein durch ein Steuersignal vorbestimmtes Winkelmaß drehen.This type of turntable can be provided for different (weight) classes of workpieces. The turntables are rotated about the single axis of rotation of the turntable by means of the drive. This rotational movement is preferably monitored using incremental (angle of rotation) encoders which have a predefined resolution and which enable precise navigation of the rotational movement. The rotary motion about the axis of rotation of the turntable is comparable to a rotary motion of servomotors, which each rotate by an angular extent predetermined by a control signal when actuated.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Werkstückauflage translatorisch zumindest entlang einer Verfahrachse bewegbar, und eine Masse der Werkstückauflage und des Werkstücks definiert eine (träge) Masse, die bei einem Verfahren der Werkstückauflage entlang der Verfahrachse vorherrscht.According to a further embodiment, the workpiece support can be moved translationally at least along a traversing axis, and a mass of the workpiece support and of the workpiece defines an (inertial) mass that prevails when the workpiece support is moved along the traversing axis.

Das erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät bzw. das erfindungsgemäße Verfahren kann somit auch auf Linearachsen(-systeme) übertragen werden. In einem solchen Fall besteht eine Abhängigkeit des Antriebsstroms bzw. des Antriebsmoments, und somit auch von dessen Überwachung, von der (translatorisch bzw. linear) bewegten Masse der Werkstückauflage und des Werkstücks. Dies ist insbesondere für translatorisch bewegte Messtische relevant, die vorzugsweise entlang der drei Raumachsen jeweils linear bewegbar sind. Besonders bevorzugt ist die Bewegbarkeit entlang einer translatorischen (Y-) Achse. Alternativ ist die Werkstückauflage zumindest in einer X-Y-Ebene im Raum entlang zweier Verfahrachsen jeweils linear bewegbar.The coordinate measuring machine according to the invention and the method according to the invention can therefore also be transferred to linear axes (systems). In such a case, there is a dependency of the drive current or the drive torque, and thus also of its monitoring, of the (translatory or linear) moving mass of the workpiece support and the workpiece. This is particularly relevant for measuring tables that are moved in a translatory manner, which are preferably linearly movable in each case along the three spatial axes. Movability along a translatory (Y) axis is particularly preferred. Alternatively, the workpiece support can be moved linearly at least in an X-Y plane in space along two travel axes.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Antrieb einen Motorregler mit einer Endstufe zur Zufuhr des Antriebsstroms auf, und der Motorregler ist dazu eingerichtet, den Antriebsstrom endstufenseitig in Abhängigkeit des Parameters auf den zulässigen Maximalwert zu begrenzen.According to a further embodiment, the drive has a motor controller with an output stage for supplying the drive current, and the motor controller is set up to limit the drive current on the output stage side depending on the parameter to the permissible maximum value.

Unter dem Begriff „Endstufe“ wird die letzte elektronisch aktive (d. h. verstärkende) Stufe eines Leistungsverstärkers (bzw. Stromverstärkers) verstanden, bevor das verstärkte Signal zu einer Last, hier zu dem Antrieb, gelangt. Alternativ kann der gesamte, dem Antrieb vorgelagerte Stromregelkreis als Endstufe bezeichnet werden. Die Endstufe bildet zusammen mit weiteren Regelkreisen, bspw. einem Positions- und Lageregelkreis zur Erfassung der Position und Lage der Werkstückauflage, vorzugsweise einen geschlossenen, kaskadierten Regelkreis. Die zur Ansteuerung der Endstufen empfangenen Regelgrößen sowie die zugehörigen (aktiven) Bauteile werden als „Vorstufe“ bezeichnet.The term "output stage" means the last electronically active (i.e. amplifying) stage of a power amplifier (or current amplifier) before the amplified signal reaches a load, here the drive. Alternatively, the entire current control circuit upstream of the drive can be referred to as the output stage. Together with further control loops, for example a position and location control loop for detecting the position and position of the workpiece support, the output stage preferably forms a closed, cascaded control loop. The controlled variables received to control the output stages and the associated (active) components are referred to as the "pre-stage".

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das Koordinatenmessgerät ferner eine Stromüberwachung auf, und die Steuerung ist dazu eingerichtet, den Antriebsstrom in Abhängigkeit eines vorbestimmten Schwellwertes auf den zulässigen Maximalwert zu begrenzen.According to a further embodiment, the coordinate measuring machine also has a current monitor, and the controller is set up to limit the drive current to the permissible maximum value as a function of a predetermined threshold value.

In dieser Ausgestaltung erfolgt somit die Strombegrenzung bzw. Strom-Abschaltung unmittelbar an der Stromüberwachung. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da eine leichte technische Implementierung erfolgen kann. Beispielsweise kann in einem Fall, in dem eine Regelstörung (bspw. durch Blockieren einer Achse) auftritt und dadurch der zulässige vorbestimmte Schwellwert überschritten wird, der Motorstrom direkt durch die Stromüberwachung abgeschaltet werden. Vorzugsweise ist in dieser Ausgestaltung die Stromüberwachung dazu eingerichtet, den Schwellwert in Abhängigkeit des Parameters J, des Bewegungs-, Beschleunigungs-, und/oder Bremszustandes zu variieren bzw. anzupassen.In this embodiment, the current is limited or switched off directly at the current monitor. This is particularly advantageous since easy technical implementation can take place. For example, in a case in which a control fault (for example due to a blocking of an axis) occurs and the permissible predetermined threshold value is exceeded as a result, the motor current can be switched off directly by the current monitor. In this refinement, the current monitoring is preferably set up to vary or adapt the threshold value as a function of the parameter J, the state of movement, acceleration and/or braking.

Vorzugsweise ist die Stromüberwachung außerhalb der Steuerung angeordnet. Die Stromüberwachung dient sozusagen als Not-Aus. Wird der Schwellwert überschritten, kann bspw. eine sog. Notaus-Kette geöffnet und somit der Motorstrom abschalten und/oder begrenzt (z.B. durch eine elektronische Strombegrenzung) werden.The current monitoring is preferably arranged outside the controller. The current monitoring serves as an emergency stop, so to speak. If the threshold value is exceeded, a so-called emergency stop chain can be opened, for example, and the motor current can thus be switched off and/or limited (e.g. by an electronic current limiter).

Vorzugsweise kann die oben genannte Aufgabe ferner durch eine Anpassung der Überwachungsgrenzen des Antriebsstroms ermöglicht werden. Anstelle einer Umkonfiguration des über die Endstufe zulässigen Antriebsstroms kann also auch der Schwellwert der Strom-Sicherheitseinrichtung (d.h. der Stromüberwachung) in Abhängigkeit des Massenträgheitsmoments umkonfiguriert werden.Preferably, the task mentioned above can also be made possible by adapting the monitoring limits of the drive current. Instead of reconfiguring the drive current permitted via the output stage, the threshold value of the current safety device (i.e. current monitoring) can also be reconfigured depending on the mass moment of inertia.

Unter dem Begriff „Stromüberwachung“ wird eine Überwachungseinheit verstanden, die dazu eingerichtet ist, den tatsächlich dem Antrieb zufließenden Antriebsstrom zu überwachen. Mit einer sog. Überstromüberwachung können Überlastsituationen oder Blockaden des Antriebs erkannt werden. Die Stromüberwachung kann bspw. durch einen oder mehrere Stromsensoren, z.B. Magnetoresistiv-Sensoren, realisiert sein.The term “current monitoring” is understood to mean a monitoring unit that is set up to monitor the drive current actually flowing to the drive. With a so-called overcurrent monitoring, overload situations or blockages of the drive can be detected. Current monitoring can be implemented, for example, by one or more current sensors, e.g. magnetoresistive sensors.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Steuerung dazu eingerichtet, den Antriebsstrom ferner auf Basis eines Sicherheits-Signals, das von einer (externen) Sicherheitseinrichtung, insbesondere einem Laserscanner und/oder einer Trittmatte, empfangen wird, zu variieren (und/oder zu begrenzen).According to a further embodiment, the controller is set up to vary (and/or limit) the drive current based on a safety signal received from an (external) safety device, in particular a laser scanner and/or a safety mat.

In dieser Ausgestaltung findet eine weitere Reduzierung des Antriebsstroms aufgrund eines Ansprechens einer weiteren Sicherheitseinrichtung zum Schutz einer Bedienperson oder eines Bauteils des Koordinatenmessgerätes, z.B. des eingangs erwähnten Getriebes, statt. Wird von der Steuerung bspw. die Anwesenheit bzw. der Aufenthalt einer Bedienperson in einem Gefahrenbereich des Koordinatenmessgerätes erkannt (z.B. durch Übertreten einer Trittmatte oder Unterbrechen eines Laserstrahls beim Durchschreiten), kann die maximal mögliche Beschleunigung (mittels des Antriebsstroms) der Werkstückauflage und damit das Antriebsmoment des Antriebs reduziert werden.In this embodiment, there is a further reduction in the drive current due to the activation of a further safety device to protect an operator or a component of the coordinate measuring machine, e.g. the gear mechanism mentioned at the outset. If, for example, the controller detects the presence or presence of an operator in a danger area of the coordinate measuring machine (e.g. by stepping over a safety mat or interrupting a laser beam when stepping through), the maximum possible acceleration (by means of the drive current) of the workpiece support and thus the drive torque of the drive can be reduced.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist in dem Parameter ferner eine Trägheit einer auf der Werkstückaufnahme angeordneten Aufspannvorrichtung, eines der Werkstückauflage zugeordneten Getriebes und/oder eines weiteren bewegten Bauteils des Koordinatenmessgerätes umfasst.According to a further embodiment, the parameter also includes an inertia of a clamping device arranged on the workpiece holder, of a gear mechanism assigned to the workpiece support and/or of a further moving component of the coordinate measuring machine.

Mit anderen Worten werden in dem Parameter vorzugsweise alle Trägheiten der durch den Antrieb bewegten Bauteile inkorporiert, so dass die Massenträgheitseffekte aller Bauteile bei der Regelung des Antriebsstroms berücksichtigt werden. Je genauer die Trägheit der bewegten Bauteile berücksichtigt werden, desto genauer kann die Regelung des Motorstroms in Abhängigkeit der Gesamt-Trägheit erfolgen.In other words, all the inertias of the components moved by the drive are preferably incorporated in the parameter, so that the mass inertia effects of all components are taken into account when controlling the drive current. The more precisely the inertia of the moving components is taken into account, the more precisely the motor current can be controlled as a function of the total inertia.

Beispielsweise können auch Trägheiten eines vorzugsweise zum Einsatz kommenden Getriebes der Werkstückauflage (insbesondere bei Drehtischen relevant) berücksichtigt werden. Bei Drehtischen kommen wie bereits eingangs erwähnt insbesondere hochgenaue Reibradgetriebe zum Einsatz.For example, inertia of a gear that is preferably used for the workpiece support (relevant in particular for turntables) can also be taken into account. As already mentioned at the beginning, high-precision friction gears are used in turntables.

Als Reibgetriebe werden alle Getriebe bezeichnet, deren Drehmoment- und Bewegungsübertragung auf dem Prinzip des Reibschlusses (Haftreibung) basieren. Reibgetriebe sind entweder als Wälzkörpergetriebe oder als Zugmittelgetriebe ausgeführt. Der Vorteil gegenüber formschlüssig arbeitenden Getrieben ist die konstruktionsbedingte Übersetzung und geringe Geräuschbildung, da die Geometrie der Kontaktzone während des Betriebs unverändert bleibt und keine schwingungsanregenden periodischen Zahnflankeneingriffe (Zahnflankenspiel) stattfinden. Sie sind darüber hinaus in der Lage, hohe Drehzahlen zu übertragen und gleichzeitig als Überlastsicherung zu dienen.All gears whose torque and motion transmission are based on the principle of frictional engagement (static friction) are referred to as friction gears. Friction drives are designed either as rolling element drives or as traction drives. The advantage over positively working gears is the construction-related translation and low noise generation, since the geometry of the contact zone remains unchanged during operation and there are no periodic tooth flank engagements (backlash) that cause vibrations. They are also able to transmit high speeds and at the same time serve as overload protection.

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

Ferner versteht es sich, dass die für das erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät geltenden Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele in entsprechender Weise für das erfindungsgemäße Verfahren gelten, ohne explizit erwähnt werden zu müssen.Furthermore, it goes without saying that the configurations and exemplary embodiments that apply to the coordinate measuring machine according to the invention apply in a corresponding manner to the method according to the invention, without having to be explicitly mentioned.

Ferner versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf Koordinatenmessgeräte im engeren Sinne, d. h. auf Messgeräte, bei denen mit Hilfe einer geeigneten Sensoreinrichtung Raumkoordinaten von Messpunkten an dem Werkstück bestimmt werden, beschränkt ist. Die Erfindung kann vorzugsweise auch bei anderen Arten von Messgeräten, z.B. bei Mikroskopen zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften eines Werkstücks oder Rauhigkeitsmessgeräten zur Bestimmung von Rauhigkeitseigenschaften einer Werkstückoberfläche eingesetzt werden. Generell ist die vorliegende Erfindung also bei allen Messgeräten verwendbar, bei denen das Werkstück, d.h. das Messobjekt, auf einer Werkstückauflage angeordnet ist.Furthermore, it goes without saying that the invention is not limited to coordinate measuring machines in the narrower sense, i. H. is limited to measuring devices in which spatial coordinates of measuring points on the workpiece are determined with the aid of a suitable sensor device. The invention can preferably also be used with other types of measuring devices, e.g. with microscopes for determining surface properties of a workpiece or roughness measuring devices for determining roughness properties of a workpiece surface. In general, the present invention can therefore be used with all measuring devices in which the workpiece, i.e. the measurement object, is arranged on a workpiece support.

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

1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerätes;
2 eine schematische Seitenansicht einer als Drehtisch ausgestalteten Werkstückauflage;
3 eine schematische Schnittansicht einer translatorisch verfahrbaren Werkstückauflage; und
4 ein Ausführungsbeispiel eines Regelkreises zur Regelung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:

1 a schematic view of an embodiment of the coordinate measuring machine according to the invention;
2 a schematic side view of a turntable designed as a workpiece support;
3 a schematic sectional view of a translationally movable workpiece support; and
4 an embodiment of a control circuit for controlling according to the inventive method.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerätes 10 dargestellt. Das Koordinatenmessgerät 10 weist eine Basis 12 auf. Auf der Basis 12 ist vorliegend ein Portal 14 angeordnet ist. Das Portal 14 kann in einer ersten Längsrichtung bewegt werden, die üblicherweise als y-Achse bezeichnet wird. Am oberen Querträger des Portals 14 ist ein Schlitten 16 angeordnet, der entlang einer zweiten Längsachse bewegt werden kann. Diese zweite Längsachse wird üblicherweise als x-Achse bezeichnet. An dem Schlitten 16 ist eine Pinole 18 angeordnet, die entlang einer dritten Längsachse bewegt werden kann. Die dritte Längsachse wird üblicherweise als z-Achse bezeichnet. Typischerweise stehen die drei Längsachsen x, y und z senkrecht zueinander.In 1 an exemplary embodiment of the coordinate measuring machine 10 according to the invention is shown. The coordinate measuring machine 10 has a base 12 . In the present case, a portal 14 is arranged on the base 12 . The gantry 14 can be moved in a first longitudinal direction, commonly referred to as the y-axis. A carriage 16 which can be moved along a second longitudinal axis is arranged on the upper crossbeam of the portal 14 . This second longitudinal axis is commonly referred to as the x-axis. A sleeve 18 is arranged on the carriage 16 and can be moved along a third longitudinal axis. The third longitudinal axis is commonly referred to as the z-axis. Typically, the three longitudinal axes x, y and z are perpendicular to each other.

An einem unteren freien Ende der Pinole 18 ist ein Tastkopf 20 mit einem Taststift 22 angeordnet. Der Tastkopf bzw. Messkopf 20 kann mit Hilfe des Portals 14, des Schlittens 16 und der Pinole 18 innerhalb eines Messvolumens entlang der drei Achsen x, y, z bewegt werden. Der Tastkopf 20 und der Taststift 22 bilden zusammen den Messkopf, der zusammen mit einer Auswerteeinrichtung in einem Messsensor umfasst ist. Die Auswerteeinrichtung kann an dem Messkopf oder separat von diesem angeordnet sein.At a lower free end of the quill 18 a probe 20 with a stylus 22 is arranged. The probe or measuring head 20 can be moved within a measuring volume along the three axes x, y, z with the aid of the portal 14, the carriage 16 and the sleeve 18. The probe head 20 and the stylus 22 together form the measuring head, which is included in a measuring sensor together with an evaluation device. The evaluation device can be arranged on the measuring head or separately from it.

Mit Hilfe des Messsensors kann ein Messpunkt an einem Werkstück 23 identifiziert werden, indem der Messpunkt mit der freien Spitze des Taststiftes 22 angetastet wird. Mit den Bezugsziffern 24, 26, 28 sind drei Skalen bezeichnet, mit deren Hilfe man die Raumposition oder Raumkoordinaten eines angetasteten Messpunktes entlang der drei Achsen x, y, z bestimmen kann. Durch Antasten mehrerer Messpunkte und Bestimmen von entsprechenden Raumkoordinaten können Abmessungen (Länge einer Kante, Durchmesser einer Bohrung etc.) oder die Raumform des Werkstücks 23 bestimmen werden.A measurement point on a workpiece 23 can be identified with the aid of the measurement sensor by touching the measurement point with the free tip of the stylus 22 . The reference numerals 24, 26, 28 denote three scales, with the help of which one can determine the spatial position or spatial coordinates of a probed measurement point along the three axes x, y, z. Dimensions (length of an edge, diameter of a hole, etc.) or the three-dimensional shape of the workpiece 23 can be determined by probing several measuring points and determining corresponding spatial coordinates.

Das in 1 dargestellte Koordinatenmessgerät 10 mit einem taktilen Tastkopf 20 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel. Die Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt und kann gleichermaßen bei einem Messgerät in Ständerbauweise und/oder bei Messgeräten mit berührungslosen Sensoreinrichtungen angewendet werden, beispielsweise bei Messgeräten mit einem oder mehreren optischen Sensoren, durch die das Werkstück 23 optisch abgetastet wird.This in 1 The coordinate measuring machine 10 shown with a tactile probe 20 is a preferred exemplary embodiment. However, the invention is not limited to this and can be used equally well in a measuring device with a column design and/or in measuring devices with non-contact sensor devices, for example in measuring devices with one or more optical sensors, by which the workpiece 23 is optically scanned.

Mit der Bezugsziffer 30 ist eine Werkstückauflage bezeichnet, auf der das Werkstück 23 angeordnet, vorliegend aufgespannt, ist. Die Werkstückauflage 30 ist über eine Vielzahl von Lagerstellen 34 auf der Basis 12 gelagert. In bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die Lagerstellen 34 Luftlager, die ein Luftpolster zwischen der Basis 12 und der luftgelagerten Werkstückauflage 30 ausbilden. Vorliegend ist die Werkstückauflage 30 ein runder Drehtisch (vgl. auch 2), der beispielhaft über sieben Luftlager auf der Basis 12 gelagert ist. Die sieben Luftlager sind an der Unterseite des Drehtisches 30 gleichmäßig entlang des Außenumfangs verteilt. Auch andere Lagerarte zur Lagerung der Werkstückauflage 30 sind möglich. Alternativ kann die Werkstückauflage 30 auch als translatorisch, linear bewegbarer Messtisch ausgestaltet sein (siehe 3).The reference number 30 designates a workpiece support on which the workpiece 23 is arranged, here clamped. The workpiece support 30 is mounted on the base 12 via a large number of bearing points 34 . In preferred exemplary embodiments, the bearing points 34 are air bearings which form an air cushion between the base 12 and the air-bearing workpiece support 30 . In the present case, the workpiece support 30 is a round rotary table (cf. also 2 ), which is mounted on the base 12 via seven air bearings, for example. The seven air bearings are evenly spaced along the outer circumference of the underside of the turntable 30 . Other types of storage for storing the workpiece support 30 are also possible. Alternatively, the workpiece support 30 can also be designed as a translatory, linearly movable measuring table (see FIG 3 ).

Mit der Bezugsziffer 36 ist ein nicht näher in 1 dargestellter Antrieb bezeichnet. Durch den Antrieb 36 kann die Werkstückauflage 30 bewegt, im Falle des Drehtischs gedreht bzw. rotiert, werden. Bei dem Antrieb 36 handelt es sich vorliegend um einen Elektromotor, vorzugsweise um einen regelbaren Gleichstrommotor, bürstenlosen Gleichstrommotor, Drehstrommotor, Drehstrom-Asynchronmotor, Schleifringläufermotor, Drehstrom-Synchronmotor oder Schrittmotor.The reference number 36 is a not specified in 1 shown drive designated. The workpiece support 30 can be moved by the drive 36, rotated in the case of the rotary table. In the present case, the drive 36 is an electric motor, preferably a controllable DC motor, brushless DC motor gate, three-phase motor, three-phase asynchronous motor, slip-ring motor, three-phase synchronous motor or stepper motor.

Mit der Bezugsziffer 38 ist eine Steuerung bezeichnet. Die Steuerung 38 dient einerseits dazu, die Bewegungen des Koordinatenmessgeräts 10 einschließlich der Bewegung des Tastkopfes 20 entlang der x-, y- und z-Achse zu regeln. Zum anderen ist die Steuerung dazu eingerichtet, erfindungsgemäß einen Parameter J und/oder einen Bewegungszustand des Koordinatenmessgerätes 100 zu erhalten, in dem ein Massenträgheitsmoment der Werkstückauflage 30 und des Werkstücks 23 umfasst ist, einen Antriebsstrom zum Betätigen des Antriebs 36 auf Basis des Parameters zu erzeugen, der vor dem Bewegen des Antriebs 36 in Abhängigkeit des Parameters auf einen zulässigen Maximalwert begrenzt ist, und den Antrieb 36 mittels des Antriebsstroms zu anzusteuern, so dass die Werkstückauflage bzw. der Drehtisch 30 zusammen mit dem Werkstück 23 von einer ersten Messposition in eine zweite Messposition bewegt werden kann. Der in 1 gezeigte Drehtisch 30 wird samt Werkstück 23 um eine in 2 schematisch angezeigte Drehachse 48 gedreht.Reference numeral 38 designates a controller. The controller 38 is used on the one hand to regulate the movements of the coordinate measuring device 10 including the movement of the probe 20 along the x, y and z axis. On the other hand, the controller is set up to obtain a parameter J and/or a state of motion of coordinate measuring machine 100, in which a mass moment of inertia of workpiece support 30 and workpiece 23 is included, according to the invention, to generate a drive current for actuating drive 36 on the basis of the parameter , which is limited to a permissible maximum value before moving the drive 36 depending on the parameter, and to control the drive 36 by means of the drive current, so that the workpiece support or the turntable 30 together with the workpiece 23 can be moved from a first measuring position to a second Measuring position can be moved. the inside 1 The rotary table 30 shown, together with the workpiece 23, is rotated by an in 2 Axis of rotation 48 shown schematically rotated.

Vorzugsweise ist dieselbe Steuerung 38 auch dazu eingerichtet, die Raumkoordinaten eines mit dem Taststift 22 angetasteten Messpunktes an dem Werkstück 23 anhand der Messwerte der Skalen 24, 26, 28 sowie daraus abgeleitete Messgrößen zu bestimmen, wie etwa die Länge einer Kante, die Tiefe oder der Durchmesser einer Bohrung etc. Alternativ kann diese Bestimmung der Werkstückkoordinaten auch durch eine separate, vorzugsweise kommunikationsfähige, Auswerteeinheit oder mittels des Messsensors realisiert sein.The same controller 38 is preferably also set up to determine the spatial coordinates of a measuring point on workpiece 23 touched with stylus 22 based on the measured values of scales 24, 26, 28 and measured variables derived therefrom, such as the length of an edge, the depth or the diameter of a bore, etc. Alternatively, this determination of the workpiece coordinates can also be implemented by a separate, preferably communication-capable, evaluation unit or by means of the measuring sensor.

Die Steuerung 38 weist einen Prozessor 40 auf, auf dem ein Auswerte- und Steuerprogramm (hier nicht dargestellt) ausgeführt wird. Auf dem Prozessor 40 kann bspw. auch der regelungstechnische Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden.The controller 38 has a processor 40 on which an evaluation and control program (not shown here) is executed. For example, the control engineering part of the method according to the invention can also be executed on the processor 40 .

Die Steuerung 38 weist ferner eine Anzeige 42 auf, auf der bspw. eine Messsituation (z.B. das gesamte Massenträgheitsmoment der bewegten Komponenten, Messgeschwindigkeiten und/oder -beschleunigungen an dem Drehtisch 30 und/oder dem Messkopf 22 und/oder die an und um den Drehtisch 30 auftretenden Kräfte und Drehmomente) graphisch angezeigt werden. Ferner kann auch eine Position und Lage des Werkstücks 23 auf der Werkstückauflage 30 angezeigt werden.The controller 38 also has a display 42 on which, for example, a measurement situation (e.g. the total mass moment of inertia of the moving components, measurement speeds and/or accelerations on the turntable 30 and/or the measuring head 22 and/or the on and around the turntable 30 occurring forces and torques) are displayed graphically. Furthermore, a position and position of the workpiece 23 on the workpiece support 30 can also be displayed.

Der Parameter J wird vorzugsweise über eine Kommunikationsschnittstelle 44 (bspw. von außen von einer Recheneinheit) empfangen. Alternativ kann der Parameter mittels der Steuerung 38, z.B. auf Basis eines Antriebsstrom-Messsignals, ermittelt werden.The parameter J is preferably received via a communication interface 44 (for example externally from a computing unit). Alternatively, the parameter can be determined by the controller 38, e.g. on the basis of a drive current measurement signal.

Mit der Bezugsziffer 46 wird vereinfacht eine Stromüberwachung bezeichnet. Die Stromüberwachung 46 ist dazu eingerichtet, den jeweils (je nach Massenträgheitsmoment) von der Steuerung 38 bereitgestellten Soll-Antriebsstrom mit einem antriebsseitig ankommenden Ist-Antriebsstrom zu vergleichen bzw. dessen Stromverlauf unter Berücksichtigung des jeweils vorgegebenen Maximalwertes zu überwachen.The reference numeral 46 designates a current monitor in a simplified manner. Current monitor 46 is set up to compare the target drive current provided by controller 38 (depending on the moment of inertia) with an actual drive current arriving on the drive side, or to monitor its current profile, taking into account the maximum value specified in each case.

In der in 2 gezeigten Seitenansicht ist eine Drehachse 48 der drehbaren Werkstückauflage 30 dargestellt. Der Messtisch 30 kann in Richtungen des Pfeils 49 um die Drehachse 48 gedreht werden. Der Drehtisch 30 gleitet auf Luftpolstern, die mit Hilfe der Luftlager 34 erzeugt werden.in the in 2 The side view shown shows an axis of rotation 48 of the rotatable workpiece support 30 . The measuring table 30 can be rotated about the axis of rotation 48 in the direction of the arrow 49 . The turntable 30 slides on air cushions that are created with the help of the air bearings 34 .

Mit der Bezugsziffer 50 ist beispielhaft ein Positions- und Lagesensor (z.B. ein inkrementeller Winkelmessgeber, Drehsensor o.ä.) bezeichnet. In der Realität verfügt der Drehtisch 30 vorzugsweise eine Vielzahl solcher Positions- und Lagesensoren 50, um eine Soll-Position (die bspw. aus einem Messplan bzw. Prüfplan entnommen wird) mit einer Ist-Position des Drehtischs 30 abgleichen zu können. Die Vielzahl der Positions- und Lagesensoren 50 ist vorzugsweise in jeweils gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet (z.B. alle 10 °).The reference numeral 50 designates a position and position sensor (e.g. an incremental angle encoder, rotary sensor or the like) by way of example. In reality, the turntable 30 preferably has a large number of such position and position sensors 50 in order to be able to compare a target position (taken, for example, from a measurement plan or test plan) with an actual position of the turntable 30 . The plurality of position and attitude sensors 50 are preferably equiangularly spaced from each other (e.g., every 10°).

Der erfindungsgemäße Parameter J weist in 2 das rotatorische Massenträgheitsmoment J_1,r der Werkstückauflage 30 sowie das rotatorische Massenträgheitsmoment J_2,r des Werkstücks 23 auf (J = J_1,r + J_2,r).The parameter J according to the invention has in 2 the rotational mass moment of inertia J _1,r of the workpiece support 30 and the rotational mass moment of inertia J _2,r of the workpiece 23 (J=J _1,r +J _2,r ).

In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Werkstückauflage 30 dargestellt. Bei der Werkstückauflage 30 gemäß 3 handelt es sich um eine translatorisch bzw. linear verfahrbare Werkstückauflage 30, die als linear verfahrbarer Messtisch bezeichnet wird. Der linear verfahrbare Messtisch 30 ist dazu eingerichtet, entlang der x-Achse verfahren zu werden. In anderen Ausführungsbeispielen ist der linear verfahrbare Messtisch 30 ferner dazu eingerichtet, entlang der y- und z-Achse verfahren zu werden,.In 3 a second exemplary embodiment of the workpiece support 30 is shown. When the workpiece support 30 according to 3 it is a translational or linearly movable workpiece support 30, which is referred to as a linearly movable measuring table. The linearly displaceable measuring table 30 is set up to be displaced along the x-axis. In other exemplary embodiments, the linearly displaceable measuring table 30 is also set up to be displaced along the y and z axes.

Der Antrieb gemäß 3 ist vorzugsweise ein Linearmotor. Die Positions- und Lagesensoren 50 sind vorzugsweise dazu eingerichtet, die Position und Lage entlang der x-Achse zu erfassen.The drive according to 3 is preferably a linear motor. The position and location sensors 50 are preferably set up to detect the position and location along the x-axis.

Der erfindungsgemäße Parameter J weist in 3 die translatorische Massenträgheit J_1,t der Werkstückauflage 30 sowie die translatorische Massenträgheit J_2,t des Werkstücks 23 auf (J = J_1,t + J_2,t).The parameter J according to the invention has in 3 the translational mass inertia J _1,t of the workpiece support 30 and the translational mass inertia J _2,t of the workpiece 23 (J=J _1,t +J _2,t ).

In den 4A und 4B sind Ausführungsbeispiele eines Regelkreises zur Regelung gemäß der Erfindung dargestellt. Bei dem Regelkreis handelt es sich vorzugsweise um einen geschlossenen, kaskadierten Regelkreis, der mehrere Regelstufen umfasst. Es sei erwähnt, dass der gezeigte Regelkreis lediglich exemplarischer Natur und dabei stark vereinfacht dargestellt ist. In der Realität kann ein solcher Regelkreis komplexer ausgestaltet sein und ggf. eine Vielzahl von regelungstechnischen Komponenten aufweisen.In the 4A and 4B exemplary embodiments of a control loop for control according to the invention are shown. The control loop is preferably a closed, cascaded control loop that includes a number of control stages. It should be mentioned that the control circuit shown is only of an exemplary nature and is represented in a greatly simplified manner. In reality, such a control circuit can be designed to be more complex and possibly have a large number of control engineering components.

Eine erste Regelstufe des kaskadierten (stufenweisen) Regelkreises ist zur Positions- und/oder Lageregelung einer jeweiligen Position und/oder Lage x_ist der Werkstückaufnahme 30 dargestellt. Die Ist-Position und/oder Lage x_ist wird vorzugsweise durch die Positions- und/oder Lagesensoren 50 erfasst und an den Regelkreis übermittelt. Üblicherweise wird die Ist-Beschleunigung durch zweifache Differentiation eines Positionssignals errechnet. Alternativ kann vorzugsweise durch Beschleunigungssensoren, z.B. Gyrosensoren, (nicht gezeigt) eine jeweilige Ist-Beschleunigung als Eingabe in den ersten Regelkreis erhalten werden, die während einer Bewegung (d.h. einer Drehung oder einem Verfahren der Werkstückauflage 30) in Echtzeit gemessen wird. Im Falle eines Drehtisches bzw. einer Drehung um die Drehachse 48 weist die Ist-Position und/oder Lage eine Drehwinkelinformation (gemessen in rad oder Grad) auf.A first control stage of the cascaded (gradual) control circuit is shown for position and/or location control of a respective position and/or position x _is of the workpiece holder 30 . The actual position and/or location x actual _is preferably detected by the position and/or location sensors 50 and transmitted to the control loop. The actual acceleration is usually calculated by double differentiation of a position signal. Alternatively, preferably by means of acceleration sensors, eg gyro sensors (not shown), a respective actual acceleration can be obtained as input into the first control loop, which is measured in real time during a movement (ie a rotation or a movement of the workpiece support 30). In the case of a turntable or a rotation about the axis of rotation 48, the actual position and/or location has information about the angle of rotation (measured in rad or degrees).

Zudem erhält die erste Regelstufe Eingaben zu einer gewünschten Soll-Position- und/oder Lage x_soll sowie vorzugsweise zu einer gewünschten Soll-Beschleunigung a_soll. Die Soll-Werte werden vorzugsweise aus einem Mess- bzw. Prüfplan in Form von Messparametern hinterlegt, für die Messung mittels des Koordinatenmessgerätes 10 extrahiert und an die Positionsregelung übergeben. Durch Abgleich der Soll- und Ist-Werte ergibt sich aus der ersten Regelstufe als Ausgangsgröße eine Soll-Antriebsstrom I_A,soll. der dem Antrieb 36 zugeführt werden soll, um beim Verfahren bzw. bei der Positionsänderung der Werkstückauflage 30 die gewünschte Beschleunigung, d.h. das gewünschte Antriebsmoment, zu erzeugen.In addition, the first control stage receives inputs for a desired setpoint position and/or position x _setpoint and preferably for a desired setpoint acceleration a _setpoint . The target values are preferably stored from a measurement or test plan in the form of measurement parameters, extracted for the measurement using the coordinate measuring device 10 and transferred to the position control. By comparing the setpoint and actual values, a setpoint drive current I _A, setpoint results from the first control stage as an output variable. which is to be fed to the drive 36 in order to generate the desired acceleration, ie the desired drive torque, during the process or during the change in position of the workpiece support 30 .

Die zweite Regelstufe in dem kaskadierten Regelkreis ist die Antriebsstrom-Regelung. Diese erhält als Eingangsgröße den Soll-Antriebsstrom I_A,soll der ersten Regelstufe. Je nach Antriebstyp bzw. Motortyp findet eine entsprechende Antriebs-Stromregelung statt. Der als Ausgangsgröße aus der Stromregelung resultierende Ist-Antriebsstrom I_A,ist wird quasi rückkoppelnd mit dem Soll-Antriebsstrom I_A,soll verglichen, bis der Vergleich ergibt, dass keine Nachregelung mehr erfolgen muss, d.h. die Differenz aus Ist- und Soll-Antriebsstrom vorzugsweise 0 ergibt. Dieser Abgleich erfolgt vorzugsweise mit Hilfe der Stromüberwachung 46. Der Antrieb 36 wird über eine sogenannte Endstufe (nicht dargestellt) mit dem Ist-Antriebsstrom I_A,ist gespeist.The second control stage in the cascaded control loop is the drive current control. This receives the target drive current I _A, setpoint of the first control stage as an input variable. Depending on the drive type or motor type, a corresponding drive current control takes place. The actual drive current I _A, actual resulting from the current control as an output variable _is compared with the target drive current I A,setpoint in a quasi-feedback manner until the comparison shows that no further adjustment is required, ie the difference between the actual and target drive current preferably 0. This adjustment preferably takes place with the aid of the current monitor 46. The drive 36 is supplied with the actual drive current I _A, act via a so-called output stage (not shown).

Die erfindungsgemäße Begrenzung des Antriebsstrom I_A,ist auf den zulässigen Maximalwert auf Basis des Trägheits-abhängigen Parameters J kann entweder bereits am Ausgang der ersten Regelstufe, d.h. an der Stromüberwachung 46 erfolgen (siehe Pfeil zu dem Parameter J in 4A). Alternativ kann die erfindungsgemäße Begrenzung endstufenseitig am Ausgang der zweiten Regelstufe erfolgen (siehe Pfeil zu dem Parameter J in 4B). In beiden Varianten wird hier vorteilhaft ein höherer Antriebsstrom als der zulässige Maximalstrom während einer initialen Beschleunigungsphase auf der Wegstrecke zum Erreichen der vordefinierten Position zugelassen. Beispielsweise kann der höhere Antriebstrom während der initialen Beschleunigungsphase zugelassen werden, solange bis die Werkstückauflage 30 eine definierte Geschwindigkeit erreicht hat. Ab dem Erreichen der definierten Geschwindigkeit wird der Antriebsstrom auf den zulässigen Maximalstrom begrenzt. Vorteilhaft erfolgt die Begrenzung solange, bis die Bewegung zum Stillstand gekommen ist.The limitation of the drive current I _A, act according to the invention to the permissible maximum value on the basis of the inertia-dependent parameter J can either already take place at the output of the first control stage, i.e. at the current monitor 46 (see arrow for the parameter J in 4A) . Alternatively, the limitation according to the invention can take place on the output stage side at the output of the second control stage (see arrow for parameter J in 4B) . In both variants, a higher drive current than the permissible maximum current is advantageously permitted during an initial acceleration phase on the route to reach the predefined position. For example, the higher drive current can be allowed during the initial acceleration phase until the workpiece support 30 has reached a defined speed. Once the defined speed has been reached, the drive current is limited to the permissible maximum current. The limitation advantageously takes place until the movement has come to a standstill.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102015116850 A1 [0001, 0021]
DE 102011089061 A1 [0022]

Claims

Coordinate measuring machine for determining the dimensional properties of a workpiece (23), which has a measuring head (20), a workpiece support (30), a drive (36) and a controller (38), the workpiece support (30) being driven by the drive (36) is movable, wherein the workpiece (23) is clamped on the workpiece support (30), and wherein the controller (38) is set up to: - a parameter (J) in which an inertia of the workpiece support (30) and the workpiece (23 ) is included, and/or to obtain a movement state of the coordinate measuring machine; - To generate a drive current (I _A,ist ) for actuating the drive (36) on the basis of the parameter (J) and/or the state of motion that occurs before the drive (36) is moved as a function of the parameter (J) and/or the state of motion is limited to an allowable maximum value; and - to regulate the drive (36) by means of the drive current, so that the workpiece support (30) with the workpiece (23) is moved into a predefined position, or is accelerated to a predefined speed, characterized in that the controller (38) is set up to allow a higher drive current than the permissible maximum current during an initial acceleration phase of the workpiece support (30) on the path to reach the predefined position.

coordinate measuring machine claim 1 , wherein the controller (38) is further set up to determine the parameter (J) and/or the state of motion.

coordinate measuring machine claim 1 or 2 , The controller (38) being set up to determine the parameter (J) by evaluating a current profile which is measured by a current sensor (46) during an acceleration phase.

Coordinate measuring machine according to one of the preceding claims, wherein the maximum permissible value defines a maximum permissible continuous current and/or a maximum permissible peak current.

Coordinate measuring machine according to one of the preceding claims, in which the workpiece support (30) comprises a rotary table, and in which the inertia of the workpiece support (30) and of the workpiece (23) defines a mass moment of inertia which, during a rotation about an axis of rotation (48) of the rotary table (30 ) prevails.

Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 until 4 , wherein the workpiece support (30) can be moved translationally at least along a traversing axis (x), and wherein the inertia defines a mass inertia of the workpiece support (30) and the workpiece (23) which, when the workpiece support (30) is moved along the traversing axis ( x) prevails.

Coordinate measuring machine according to one of the preceding claims, wherein the drive (36) has a motor controller with an output stage for supplying the drive current (I A _, actual ), and wherein the motor controller is set up to output the drive current (I _A, actual ) on the output stage as a function of the parameter (J) to the maximum permissible value.

Coordinate measuring machine according to one of the preceding claims, which also has a current monitor (46), the current monitor (46) being set up to limit the drive current (I _A,actual ) as a function of a predetermined threshold value to the permissible maximum value.

Coordinate measuring machine according to one of the preceding claims, wherein the controller (38) is set up to set the drive current (I _A,ist ) also on the basis of a safety signal which is received from another safety device, in particular a laser scanner and/or a safety mat , to vary.

Coordinate measuring machine according to one of the preceding claims, wherein the parameter (J) also includes the inertia of a clamping device arranged on the workpiece holder (30), a gear assigned to the workpiece support (30) and/or another moving component of the coordinate measuring machine (10).

Method for determining dimensional properties of a workpiece (23), which has the steps: - Providing a coordinate measuring machine (10) which has a drive (36) and a workpiece support (30) which can be moved by means of the drive (36), wherein the workpiece (23) is clamped on the workpiece support (30); - Obtaining a parameter (J), in which an inertia of the workpiece support (30) and the workpiece (23) is included, and / or a movement state of the coordinate measuring machine; - Generation of a drive current (I _A,ist ) for actuating the drive (36) on the basis of the parameter (J) and/or the state of motion that occurred before the drive (36) was moved as a function of the parameter (J) and/or the State of motion is limited to an allowable maximum value; and - Control of the drive (36) by means of the drive current (I _A,actual ), so that the workpiece support (30) is moved with the workpiece (23) into a predefined position, or is accelerated to a predefined speed, characterized in that during an initial acceleration phase of the workpiece support (30) on the path to reach the predefined position, a higher drive current than the permissible maximum current is permitted.