DE4212537A1

DE4212537A1 - Antrieb fuer ein linear verfahrbares und um eine achse drehbares maschinenteil

Info

Publication number: DE4212537A1
Application number: DE19924212537
Authority: DE
Inventors: Christian Hoffmann; Dieter Hilligardt; Guenter Grupp; Berndt Kammleiter; Berthold Matzkovits
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1991-04-25
Filing date: 1992-04-15
Publication date: 1992-10-29

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein linear verfahr bares und um eine Achse drehbares Maschinenteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Positionierung eines Maschinenteiles, das linear verfahr bar und um eine Achse drehbar ist, sind üblicherweise ver schiedene Antriebe für die Translations- und Rotationsbewe gung erforderlich. Beispielsweise besitzt das Koordinatenmeß gerät, das in der DE-OS 40 05 292 detailliert beschrieben wird, einen Ständer, der in einem linear verfahrbaren Schlit ten gelagert ist. Am Ständer ist ein vertikal verschiebbarer Meßarm angeordnet. Der Ständer wiederum ist über ein Drehla ger um seine vertikale Achse drehbar gelagert. Des weiteren ist vorgesehen, das zu vermessende Werkstück auf einem Dreh tisch zu positionieren, der um eine zweite vertikale Achse drehbar ist. Dabei soll die Verbindungslinie der beiden Dreh achsen im wesentlichen parallel zur Antriebsrichtung des verfahrbaren Ständers liegen. Zur Positionierung des Ständers sind verschiedene Antriebe nötig. Zum einen erfolgt die Linearbewegung des Schlittens mitsamt dem Ständer z. B. über einen Antrieb mit Rollringgetriebe im feststehenden Teil des Koordinatenmeßgeräts. Zur Realisierung der Drehbewegung des Ständers ist auf dem Schlitten ein zweiter Motor inklusive eines Reibradgetriebes vorgesehen. Um die beiden Antriebe für die Linear- und Drehbewegung entsprechend den Positionie rungs-Anforderungen zu koordinieren, ist ein Rechner erfor derlich, der die kartesischen Werkstückkoordinaten in die nötige Antastbewegung umsetzt.

Bei dieser Anordnung mit zwei separaten Antrieben für Linear- und Drehbewegung besitzt der linear verfahrbare Teil des Koordinatenmeßgerätes eine relativ große Masse, da der Antrieb für die Drehbewegung auf dem Schlitten-mitgeführt wird. Dies erfordert einen aufwendigen Linearantrieb. Zudem geht das hohe Gewicht des linear verfahrbaren Teiles auf Kosten der Meßgeschwindigkeit, da der schwere Ständeraufbau aufgrund seiner Massenträgheit nicht so schnell positioniert werden kann, wie ein vergleichsweise leichterer Ständerauf bau.

Die Anordnung des Drehbewegungs-Antriebes am Ständer, bzw. auf dem verfahrbaren Schlitten, stellt für die hohen Meß anforderungen weiterhin eine thermische und mechanische Stör quelle dar und beeinträchtigt somit die Meßgenauigkeit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen An trieb für ein linear verfahrbares und um eine Achse drehbares Maschinenteil zu schaffen, der eine Verringerung der bewegten Massen, sowie eine gekoppelte Translations- und Rotationsbe wegung ermöglicht. Dabei sollen zur Steuerung des Antriebes möglichst wenig Modifikationen im Vergleich zur Steuerung der äquivalent wirkenden linearen Antriebe erforderlich sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den erfindungsgemäßen Antrieb mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Die Translations- und Drehbewegung des Maschinenteiles er folgt beim erfindungsgemäßen Antrieb durch unabhängiges Ein stellen der Geschwindigkeiten und Bewegungsrichtungen zweier Zugelemente, die parallel zueinander in der linearen Verfahr richtung des Maschinenteiles so angeordnet sind, daß eine Kraftübertragung auf das Maschinenteil möglich ist. So führt das Maschinenteil beim Bewegen der Zugelemente in die selbe Richtung und mit der selben Drehgeschwindigkeit eine reine Translationsbewegung aus. Durch gegensinniges Bewegen der beiden Zugelemente erreicht man eine Drehbewegung des Maschi nenteiles. Eine entsprechende Überlagerung der jeweiligen Drehzahlen, bzw. Bewegungsrichtungen und Steuerung mit Hilfe eines Rechners gewährleistet somit eine kombinierte Dreh- und Translationsbewegung.

Wird ein derartiger Antrieb in einem Koordinatenmeßgerät eingesetzt, um z. B. den Ständer mit dem Tastkopf zu positionieren, so liegt ein wesentlicher Vorteil in den geringen bewegten Massen und der damit erhöhten Meßgeschwin digkeit, da der Antrieb für die Ständer-Drehbewegung nun nicht mehr im Ständer angeordnet ist. Aufgrund der externen Anordnung des Antriebes seperat vom Ständer wird des weiteren auch der Einfluß der Antriebs-Motoren auf die Meßgenauigkeit des Koordinatenmeßgerätes verringert.

Zur Übertragung der Antriebsbewegung auf das jeweilige Ma schinenteil können prinzipiell unterschiedliche Zugelemente, wie beispielsweise reibschlüssige (Keil- oder Flachriemen, Bänder) oder formschlüssige (Zahnriemen, Ketten) Zugelemente verwendet werden. Als Zugelemente können des weiteren verschiedene Spindel-Anordnungen in Frage kommen.

Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Antriebes in einem entsprechenden Koordinatenmeßgerät, ist es in einer ersten Ausführungsform möglich, einen linear verfahrbaren Schlitten um eine mit dem Ständer verbundene Scheibe anzuordnen, um die Antriebskräfte auf den Ständer zu übertragen. Die Scheibe ist dabei auf dem Schlitten drehbar gelagert. Der Schlitten be wegt sich in Führungen, die in der gleichen Richtung auf dem feststehenden Teil des Koordinatenmeßgerätes angeordnet sind, wie die Zugelemente. Mit Hilfe von Andruckrollen in diesem Schlitten werden die entsprechenden Zugelemente in Kontakt mit der Scheibe gebracht, die in einer horizontalen Ebene am Ständer angeordnet und mit diesem verbunden ist. Dadurch ist eine Übertragung der Zugelement-Bewegung auf die Scheibe und von der Scheibe auf den damit verbundenen Ständer möglich. Die Verbindung zwischen Scheibe und Ständer kann entweder starr oder elastisch sein. Möglich ist es weiterhin, den Schlitten in luftgelagerten Führungen zu bewegen. Alternativ können die Andruckrollen auch mit dem Ständer verbunden sein.

Merkmale dieser ersten Ausführungsform sind Gegenstand der Unteransprüche 13-17.

In einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebes sind als Zugelemente Spindeln vorgesehen, die in Richtung der gewünschten Linear-Bewegung parallel auf dem feststehenden Teil des Koordinatenmeßgerätes angeordnet sind. Über Spindelmuttern ist ein linear verfahrbarer Schlitten mit den Spindeln gekoppelt, wobei der Ständer des Koordinaten meßgerätes von dem Schlitten drehbar geführt wird. Um eine kombinierte Linear- und Drehbewegung zu erreichen sind die Spindelmuttern über Riemen miteinander verbunden. Die Riemen gewährleisten zudem die Übertragung der Linear-Bewegung der Spindelmuttern auf eine gewünschte Drehbewegung des Ständers. Wesentliche Merkmale dieser Ausführungsform sind Gegenstand der Unteransprüche 18-22.

Um die Reibung zwischen dem feststehenden Teil des Koordi natenmeßgerätes und dem Ständer während der Positionier-Bewe gung zu verringern, ist es in beiden beschriebenen Aus führungsformen günstig, Luftlager zwischen dem Ständer und dem feststehenden Teil des Koordinatenmeßgerätes anzuordnen.

Geeignete Verfahren zur Steuerung des erfindungsgemäßen Antriebes sind Gegenstand der Unteransprüche 23-27. Über geeignete Koordinatentransformationen innerhalb der Regel kreise ist es mit diesen Steuerungsverfahren möglich, ein Koordinatenmeßgerät, das mit dem erfindungsgemäßen Antrieb arbeitet, wie gewohnt entlang dreier orthogonaler Achsen zu steuern. Insbesondere ist hierzu die Steuersoftware üblicher Koordinatenmeßgeräte weiterhin einsetzbar.

Ein derartiger Antrieb inclusive der Verfahren zur Steuerung ist neben dem Einsatz in Koordinatenmeßmaschinen auch für andere Maschinenteile geeignet, an die ähnliche Positionie rungsanforderungen gestellt werden und bei denen ebenfalls möglichst geringe Massen bewegt werden sollen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfol genden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele sowie der Verfahren zur Steuerung des erfindungsgemäßen Antriebes an hand der Fig. 1-6 der beigefügten Zeichnungen.

Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Koordinatenmeßgerät mit einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebes;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Koordinaten meßgerätes aus Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Koordinaten meßgerätes mit einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebes;

Fig. 4 eine prinzipielle Darstellung eines Ausführungs beispieles mit den Bezeichnungen für die steuerungsrelevanten Größen;

Fig. 5 ein Flußdiagramm eines ersten Verfahrens zur Steuerung des erfindungsgemäßen Antriebes;

Fig. 6 ein Flußdiagramm eines zweiten Verfahrens zur Steuerung des erfindungsgemäßen Antriebes.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsge mäßen Antriebs auf einem entsprechenden Koordinatenmeßgerät in Draufsicht dargestellt. Auf dem feststehenden Teil (1) des Koordinatenmeßgerätes sind parallel zueinander in Längs richtung die erforderlichen Zugelemente in Form zweier Band antriebe (2a, b) angeordnet. Die beiden Bänder (2a, b) werden über zwei Antriebsrollen (3a, b), die durch zwei Motoren (9a, b) im feststehenden Teil (1) des Koordinatenmeßgerätes ange trieben werden, bewegt. Die beiden Antriebsbänder (2a, b) verlaufen parallel zueinander entlang der Richtung der line aren Bewegung des Ständers (7). Sie werden dabei über Umlenk rollen (4a, b) geführt. Der Abstand der einander zugewandten Seiten der beiden Antriebsbänder (2a, b) ist in diesem Aus führungsbeispiel kleiner als der Durchmesser einer Scheibe (6), die mit dem Ständer (7) verbunden ist.

Kraftübertragungselemente, die hier in Form von Andruckrollen (8a, b, c, d) ausgeführt sind, vermitteln die Übertragung der Bänderbewegung auf die Scheibe (6). Die Andruckrollen (8a, b, c, d) werden mit Hilfe eines verfahrbaren Schlittens (16) in ihrer gegenseitigen Position um den Ständer (7) fixiert und sind dabei um ihre vertikale Achse drehbar gelagert. Der Schlitten (16) bewegt sich auf Führungen (17a, b), die auf dem feststehenden Teil (1) des Koordinatenmeßgerätes in der selben Richtung angeordnet sind wie die Bandantriebe (2a, b) und stützt sich über entsprechende Seitenteile (18a, b) auf diesen Führungen (17a, b) ab. Diese Linear-Führungen (17a, b) des Schlittens (16) bilden gleichzeitig die Linear- Führung des gesamten Ständers (7) mit Meßarm (17) und Tast kopf (14). Möglich ist die Anordnung von Luftlagern zwischen den Seitenteilen (18a, b) des Schlittens und den Führungen (17a, b), sowie zwischen dem hier nicht erkennbaren Bodenteil des Ständers und dem feststehenden Teil des Koordinatenmeß gerätes (1). Damit lassen sich störende Reibungseinflüsse vermeiden. Am Ständer (7) ist in einer horizontalen Ebene eine Scheibe (6) angeordnet, welche die Bandantriebsbewegung auf den Ständer (7) überträgt. Diese Scheibe (6) kann ent weder starr am Ständer (7) befestigt sein oder aber über elastische Elemente angekoppelt werden, was in Fig. 1 nicht zu erkennen ist. Dabei ist die Scheibe (6) auf dem Schlitten (16) drehbar gelagert.

Über einen angeschlossenen - nicht dargestellten - Rechner können die Drehzahlen, bzw. -richtungen der beiden Motoren (9a, b) eingestellt werden. Weiterhin ist auf dem fest stehenden Teil des Koordinatenmeßgeräts (1) ein Drehtisch (10) angeordnet, der unabhängig von den beiden Bandantrieben (2a, b) über den Rechner positioniert werden kann.

In Fig. 2 ist das Koordinatenmeßgerät aus Fig. 1 mit einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebs perspektivisch dargestellt. Deutlich erkennbar in dieser Darstellung sind die beiden Motoren (9a, b) im feststehenden Teil (1) des Koordinatenmeßgerätes, welche die zwei parallel angeordneten Antriebsbänder (2a, b) antreiben. Weiterhin wird aus dieser Darstellung ersichtlich, wie sich der linear ver fahrbare Schlitten (16) in den Führungen (17a, b) auf dem feststehenden Teil (1) des Koordinatenmeßgerätes bewegt. Der Schlitten (16) bewirkt zum einen die exakte Linearführung des Ständers (7), weiterhin fixiert er die Andruckrollen (8a, b, c, d) in ihrer Lage um die am Ständer (7) angeordnete Scheibe (6), so daß die Antriebskräfte auf den Ständer (7) übertragen werden können. Die Scheibe (6) ist auf dem Schlitten (16) drehbar gelagert.

Nicht erkennbar ist in dieser Darstellung das Ständer-Boden teil, über das sich der Ständer (1) auf dem feststehenden Teil (1) des Koordinatenmeßgerätes abstützt. Dieses Bodenteil kann sich über Luftlager abstützen, welche die Reibungsver luste verringern. Möglich ist die Anordnung einer weiteren Linear-Führung auf dem feststehenden Teil des Koordinatenmeß gerätes (1), in der sich der Ständer (7) bewegt.

Des weiteren ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Drehtisch (10) auf dem Koordinatenmeßgerät angeordnet, der eine zusätzliche Positionierung des zu vermessenden Werkstückes erlaubt.

Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebes innerhalb eines Koordinatenmeßgerätes wird im folgenden an hand von Fig. 3 beschrieben. Auf dem feststehenden Teil (101) eines Koordinatenmeßgerätes sind parallel zueinander in Langsrichtung zwei Spindeln (102a, 102b) mit den ent sprechenden Spindelantrieben (106a; 106b) angeordnet. Die Steuerung der Drehgeschwindigkeit und Drehrichtung der beiden Spindeln (102a; 102b) erfolgt über einen - nicht darge stellten - Rechner. Die Spindeln (102a; 102b) sind in ge eigneten Lagern (105a, 109a; 105b, 109b) auf dem fest stehenden Teil (101) des Koordinatenmeßgerätes drehbar ge lagert. Die als Kraftübertragungselemente dienenden Spindel muttern (103a, 103b) sind auf einem linear verfahrbaren Schlitten (116) in geeigneten Lagern (121a, 121b) um ihre Längsachse drehbar gelagert. Der zu positionierende Ständer (107) mitsamt dem Tastkopf (114) wird von dem linear verfahr baren Schlitten (116) drehbar geführt. Die exakte Linear führung des Schlittens (116) wird durch Führungen (117a; 117b) gewährleistet, die unter den beiden Spindeln (102a; 102b) angeordnet sind und in denen der Schlitten verfahren wird. Im verfahrbaren Schlitten (116) ist eine Scheibe (126) drehbar gelagert, die im dargestellten Ausführungsbeispiel über elastische Elemente (108), wie etwa Blattfedern, mit dem Ständer (107) gekoppelt ist. Diese Kopplung ist vorzugsweise in Richtung der z-Achse torsionssteif und in der x-y-Ebene steif. Sowohl zwischen den Linearführungen (117a; 117b) und dem verfahrbaren Schlitten (116), als auch zwischen dem nicht erkennbaren Ständer-Bodenteil und dem feststehenden Teil (101) des Koordinatenmeßgerätes ist die Anordnung von Luft lagern vorteilhaft, um Reibungseinflüsse zu verringern. Über den Zugelementen, d. h. den beiden Spindeln (102a; 102b) sind als Kraftübertragungselemente Spindelmuttern (103a; 103b) angeordnet. Die Spindelmuttern (103a; 103b) sind sowohl torsionssteif mit Riemenscheiben (104a; 104b) gekoppelt als auch über einen zwischen den Riemenscheiben (104a, 104b) ge spannten Riemen (118) miteinander verbunden. Der Riemen (118) überträgt über ein Reibrad (119), ein Getriebe (120) und ein weiteres Reibrad (122) die Riemen-Bewegung bzw. die Linear- Antriebsbewegung der beiden Spindeln (102a; 102b) in eine Drehbewegung der Scheibe (126). Durch die Kopplung zwischen Scheibe (126) und Ständer (107) wird die Drehbewegung der Scheibe (126) und die Linearbewegung des Schlittens (116) auf den Ständer (107) übertragen.

Bei einer gleichsinnigen Drehung der beiden Spindeln (102a; 102b), die im beschriebenen Ausführungsbeispiel entgegenge setzte Gewindesteigungen aufweisen, ist eine Drehbewegung der Spindelmuttern (103a; 103b) sowie der damit gekoppelten Riemenscheiben (104a; 104b) nicht möglich, da sich die beiden Riemenscheiben (104a; 104b) in unterschiedlichen Richtungen zu drehen versuchen und dies wegen der Kopplung durch den Riemen (118) verhindert wird. Demzufolge ist eine reine Linearbewegung der beiden Spindelmuttern (103a; 103b) bzw. des damit verbundenen Schlittens (116), bzw. Ständers (107) die Folge. Wird dagegen nur eine der beiden Spindeln (102a; 102b) angetrieben, so wird über den Riemen (118) auch die zweite Spindelmutter in der gleichen Richtung gedreht wie die Spindelmutter der angetriebenen Spindel. Damit wird über den sich bewegenden Riemen (118) und die beiden Reibräder (119, 122) sowie das Getriebe (120) auch die Scheibe (126) bzw. der Ständer (107) gedreht. Es resultiert somit eine kombinierte Translations- und Rotationsbewegung des Ständers (107). Im Falle, daß sich die beiden Spindeln (102a; 102b) mit gleicher Geschwindigkeit in der gleichen Richtung drehen, d. h. daß sich auch die Spindelmuttern (103a; 103b) derart bewegen, erfolgt keine Relativbewegung der Spindelmuttern (103a; 103b) zu den Spindeln (102a; 102b). Vielmehr wird lediglich das Reibrad (119) über den Riemen (118) angetrieben. Damit ist eine reine Drehbewegung der Scheibe (126) bzw. des Ständers (107) die Folge.

Durch das definierte Einstellen der Drehgeschwindigkeiten und der Drehrichtungen über einen geeigneten Rechner ist somit jederzeit die gewünschte Translations- und/oder Rotations bewegung des Ständers (107) realisierbar.

Alternativ zur dargestellten Kombination aus Spindel und Spindelmutter ist es möglich, Gewindespindeln oder Kugelumlaufspindeln sowie Friktionsantriebe erfindungsgemäß zu verwenden. Auch für den die beiden Riemenscheiben (104a; 104b) verbindenden Riemen (118) ist es möglich, alternative Ausführungsformen einzusetzen. In Frage kommen Flachriemen, Zahnriemen oder aber Zahnräder, die ineinander eingreifen.

Auch in der zweiten dargestellten Ausführungsform des er findungsgemäßen Antriebes ist auf dem feststehenden Teil (101) des Koordinatenmeßgerätes ein Drehtisch (110) ange ordnet. Mit diesem ist eine zusätzliche Positionierung des zu vermessenden Werkstückes möglich.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebes in Draufsicht schematisch dargestellt. Anhand von Fig. 4 soll eine kurze Definition der relevanten Größen für die Verfahren zur Steuerung des erfindungsgemäßen Antriebes erfolgen. Derartige Verfahren werden im Anschluß beschrieben.

In der linearen Verfahrrichtung des Ständers (200) eines Koordinatenmeßgerätes sind parallel, über Antriebs- (201a; 201b) und Umlenkrollen (202a; 202b) geführte Antriebsbänder (203a; 203b) angeordnet, zwischen denen der Ständer (200) verschiebbar positioniert werden kann. Die Antriebsbänder (203a; 203b) werden über zwei separate Motoren (204a; 204b) angetrieben, die die wahlweise Einstellung von Drehrichtung und Drehzahl ermöglichen. Effektiv über diese Motoren ein stellbar sind jeweils nur die als Antriebsband-Koordinaten bezeichneten Größen 1₁ und 1₂. Eine Variation dieser Größen hat gemäß dem vorab beschriebenen Funktionsprinzip des er findungsgemäßen Anriebes einen definierten Linear-Versatz L sowie einen entsprechenden Drehwinkel α des Ständers (200) bzw. Tastkopfes (205) zur Folge. Die Größen L und α werden im folgenden als SYstem-Koordinaten des erfindungsgemäßen An triebes bezeichnet. Bei einem gegebenen Durchmesser r der Scheibe am Ständer (200) bestehen die folgenden eindeutigen Beziehungen zwischen den Antriebsband-Koordinaten 1₁ und 1₂ und den System-Koordinaten α bzw. L:

bzw.

1₂ = L+r · α (3)

1₁ = L-r · α (4)

Des weiteren ist für die im folgenden beschriebenen Verfahren ein über einen weiteren Motor (206) angetriebener Drehtisch (207) vorgesehen. Im Mittelpunkt (208) dieses Drehtisches (207) ist der (207) Ursprung eines kartesischen Koordinaten systemes in der x-y-Ebene definiert. Dieses Koordinatensystem dreht sich bei der Rotation des Drehtisches (207) mit dem Werkstück um die dazu senkrechte z-Achse und ist demzufolge als werkstückfestes Koordinatensystem anzusehen. Der Dreh winkel des Drehtisches (207), als effektiv einstellbare Größe wird im folgenden mit ω′ bezeichnet. Der vom Benutzer evtl. unabhängig von der Antastung gewünschte Drehwinkel zum Grob- Ausrichten des Werkstückes wird mit ω bezeichnet.

Bei den im Anschluß beschriebenen Verfahren zur Steuerung des erfindungsgemäßen Antriebes soll der Tastkopf (205) immer senkrecht bezüglich des Werkstückes ausgerichtet sein, das sich auf dem Drehtisch (207) befindet. Dies wird dadurch realisiert, daß eine korrelierte Drehung von Ständer (200) und Drehtisch (207), sowie gegebenenfalls eine Translations bewegung des Ständers (200) erforderlich ist. Beim Abfahren einer Meßtrajektorie am Werkstück mit dem Tastkopf (205) erfolgt demzufolge ebenfalls ein korreliertes Drehen von Ständer (200) und Drehtisch (207), sowie unter Umständen eine Translationsbewegung des kompletten Ständers (200).

Für den Benutzer eines derartigen Koordinatenmeßgerätes ändert sich im Vergleich zur Bedienung eines Koordinaten meßgerätes mit drei orthogonalen Achsen nichts, da sämtliche Steuerungsbefehle des Steuerknüppels, mit dem er eine An tastung durchführt, sich auf das Werkstück-Koordinatensystem beziehen. Dieses dreht sich mit dem Drehtisch (207). Die entsprechenden Steuersignale an die drei Motoren (204a; 204b; 206) werden vom Rechner in bestimmten Steuerungs-Verfahren mit drei Regelkreisen ermittelt, die im folgenden erläutert werden. Die System-Koordinaten des erfindungsgemäßen An triebes, d. h. der Linear-Versatz L und Drehwinkel α des Ständers werden dabei laufend vom Rechner in die Werkstückko ordinaten transformiert und die Tastkopf-Position in Form üblicher kartesischer Koordinaten ausgegeben.

Um die erwähnte Benutzung des erfindungsgemäßen Antriebes in der x-y-Ebene in herkömmlicher Art und Weise zu gewähr leisten, werden nun zwei mögliche Steuerungs-Verfahren er läutert, die mit Hilfe des angeschlossenen Rechners reali siert werden können.

Ein erstes Verfahren wird hierzu anhand von Fig. 5 be schrieben. Unter der Voraussetzung, daß der Tastkopf immer senkrecht zum Werkstück orientiert ist, werden die von einem Benutzer vorgegebenen Antastkoordinaten in einem ersten Ver fahrensschritt in x- und y-Sollkoordinaten x_s, y_s im Werk stück-Koordinatensystem transformiert. Ebenso wird eine even tuell gewünschte Drehung des Rundtisches z. B. zum Grob-Aus richten des Werkstückes in eine Sollvorgabe für den Rund tisch-Drehwinkel ω umgesetzt. Dieser erste Verfahrensschritt erfolgt dabei mit Hilfe der üblichen Meßsoftware, die auch in bekannten Koordinatenmeßgeräten zum Einsatz kommt. Im folgenden Verfahrensschritt ermittelt der Rechner aus diesen Sollvorgaben die tatsächlich einstellbaren Stellgrößen des erfindungsgemäßen Antriebes, d. h. 1₁, 1₂ und ω′ gemäß den vorher erläuterten Beziehungen (1)-(4). Die Stellgrößen 1_1s, 1_2s und ω_s′ werden über Lageregler (300a; 300b; 300c) an die Motoren der Bandantriebe (301a; 301b) sowie des Dreh tisches (301c) übergeben, die diese Stellgrößen in einer jeweils bestimmten Geschwindigkeit v_11s, v_12s und v_l′ um setzen. Die angefahrenen bzw. realisierten Koordinaten-Werte der drei Motoren (301a; 301b, 301c) werden daraufhin in Form der Systemkoordinaten L und α über entsprechende Weg- und Winkelgeber (302) erfaßt. Vom Rechner werden die System-Ko ordinaten wieder in die eigentlich am Antrieb bzw. Drehtisch einstellbaren Stellgrößen 1₁, 1₂ und ω′ transformiert. Diese Stellgrößenwerte werden anschließend als aktuelle Istwerte 1_1i, 1_2i und ω_i′ erneut an die jeweiligen Lageregler über geben, die in analoger Weise wie in der ersten Regelschleife diese Werte den vorgegebenen Sollwerten nachregeln bzw. um setzen. Nach der Erfassung der angefahrenen Werte, d. h. Linear-Versatz L und Ständer-Drehwinkel α, ist weiterhin eine Ausgabe dieser aktuell angefahrenen Position in üblichen kartesischen Koordinaten x, y und Drehtisch-Winkel ω möglich, in die L bzw. α über den Rechner transformiert und über ein Display ausgegeben werden.

Ein zweites, alternatives Verfahren zur Steuerung des erfindungsgemäßen Antriebes wird anhand von Fig. 6 beschrieben. Hierbei werden die analog zum vorher be schriebenen Verfahren aus den Steuerknüppelbewegungen er mittelten Sollwerte x_s, y_s, ω_s unmittelbar an die jeweiligen Lageregler (400a, 400b, 400c) der drei Regelkreise weiterge geben. Erst nach diesem Schritt erfolgt die Transformation in die tatsächlichen Stellgrößen der Antriebe, d. h. 1₁, 1₂ und ω′. Es wird demzufolge jeweils aus der Differenz der vorge gebenen Sollwerte zu den aktuellen Istwerten im Werkstück- Koordinatensystem die Transformation dieser Differenz in die eigentlichen Stellgrößen 1₁, 1₂ und ω′ durchgeführt. Diese Stellgrößen werden anschließend über die Motoren (401a, 401b, 401c) in bestimmten Geschwindigkeiten v_11s, v_12s und v_ω _s umgesetzt und die eigentlichen Systemkoordinaten L und α anschließend in entsprechender Art und Weise wie im ersten Verfahren erfaßt. Die erfaßten Systemkoordinaten werden an schließend ebenfalls wieder in die Werkstück-Koordinaten x und y, sowie den Drehtischwinkel ω transformiert und zum einen auf einem Display ausgegeben, als auch als aktuelle Istwerte an die Lageregler (400a, 400b, 400c) übergeben. Diese regeln in einer erneuten Regelschleife die angefahrenen Werte nach usw.

Mit Hilfe der beschriebenen Verfahren zur Steuerung des er findungsgemäßen Antriebes ist es möglich, für den jeweiligen Benutzer eine vollkommen identische Handhabung mit bisher üblichen Koordinatenmeßgeräten zu gewährleisten, die in drei zueinander orthogonalen Achsen arbeiten. So ist auch beim erfindungsgemäßen Antrieb die übliche x-, y-Positionierung des Tastkopfes mit einem Steuerknüppel möglich. Die z-Positi onierung erfolgt wie in bislang üblicher Weise über einen separaten Steuerknüppel. Als weiterer wichtiger Vorteil dieser erfindungsgemäßen Steuerung ist anzuführen, daß keinerlei Modifikationen an der üblichen Meßsoftware konven tioneller Koordinatenmeßgeräte erforderlich ist.

Claims

1. Antrieb für ein linear verfahrbares und um eine Achse drehbares Maschinenteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb zwei parallelgeführte, separat antreibbare Zug elemente umfaßt, die beidseitig mit dem Maschinenteil oder mit dem Maschinenteil verbundenen Teilen in Kontakt sind.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zugelemente parallel zueinander entlang der Rich tung der Linearbewegung des Maschinenteils angeordnet sind.

3. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente formschlüssig mit dem Maschinenteil oder mit dem Maschinenteil verbundenen Teilen in Kontakt sind.

4. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente reibschlüssig mit dem Maschinenteil oder mit dem Maschinenteil verbundenen Teilen in Kontakt sind.

5. Antrieb für den Ständer (7) eines Koordinatenmeßgerätes nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung von den Zugelementen (2a, b) auf den Ständer (7) über eine Scheibe (6) erfolgt, die in einer horizontalen Ebene am Ständer (7) angeordnet ist.

6. Antrieb für den Ständer (7) eines Koordinatenmeßgerätes nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6) starr mit dem Ständer (7) verbunden ist.

7. Antrieb für den Ständer (7) eines Koordinatenmeßgerätes nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6) elastisch an den Ständer (7) gekoppelt ist.

8. Antrieb für den Ständer (7) eines Koordinatenmeßgerätes nach Anspruch 1, 6 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6) drehbar auf dem Schlitten (16; 18a, b) gelagert ist.

9. Antrieb für den Ständer (7) eines Koordinatenmeßgerätes nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schlitten (16; 18a, b) in Führungen (17a, b) bewegt, die auf dem feststehenden Teil (1) des Koordinatenmeßge rätes angeordnet sind.

10. Antrieb für den Ständer (7) eines Koordinatenmeßgerätes nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ständer (7) axial am feststehenden Teil (1) des Koor dinatenmeßgerätes über ein luftgelagertes Bodenteil ab stützt.

11. Antrieb für den Ständer (7) eines Koordinatenmeßgerätes nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente (2a, b) über zwei Motoren (9a, b) antreibbar sind.

12. Antrieb nach Anspruch 1, 6 und einem oder mehreren der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlen und Drehrichtungen der Motoren (9a, b) für die Zugelemente (2a, b) über einen Rechner gesteuert sind.

13. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente jeweils über Antriebs- und Umlenkelemente geführt sind und über Andruckelemente eine Kraftübertra gung auf das Maschinenteil erfolgt.

14. Antrieb nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Positionie rung eines linear verfahrbaren und um eine Achse drehba ren Ständer (7) eines Koordinatenmeßgerätes vorgesehen ist.

15. Antrieb für den Ständer (7) eines Koordinatenmeßgerätes nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente (2a, b) Bereiche der Scheibe (6) reib- oder formschlüssig umfassen.

16. Antrieb für den Ständer (7) eines Koordinatenmeßgerätes nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der einander zugewandten Seiten der beiden Zug elemente (2a, b) kleiner ist als der Durchmesser der am Ständer (7) angeordneten Scheibe (6).

17. Antrieb für den Ständer (7) eines Koordinatenmeßgerätes nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein linear verfahrbarer Schlitten (16; 18a, b) die am Ständer (7) angeordnete Scheibe (6) derart umfaßt, daß die An druckelemente (8a, b, c, d) mit Hilfe des Schlittens gegeneinander fixiert sind und die Zugelemente (2a, b) immer in Kontakt mit der Scheibe (6) sind.

18. Antrieb nach mindestens einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß als Zugelemente Spindeln (102a; 102b) vorgesehen sind und die Kraftübertragung auf das Ma schinenteil über Spindelmuttern (103a; 103b) erfolgt, die sowohl miteinander als auch mit dem antreibbaren Ma schinenteil gekoppelt sind.

19. Antrieb nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmuttern (103a; 103b) in dem verfahrbaren Schlitten (116) um ihre Längsachse drehbar gelagert sind.

20. Antrieb nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spindelmuttern (103a; 103b) mit Hilfe eines Riemens (118) miteinander gekoppelt sind.

21. Antrieb nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spindelmuttern (103a, 103b) mittels Zahnrädern miteinander gekoppelt sind.

22. Antrieb nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kopplung zwischen den Spindelmuttern (103a, 103b) und dem drehbaren Maschinenteil derart vorgesehen ist, daß eine Drehbewegung der beiden Spindelmuttern (103a, 103b) eine Drehbewegung des Maschinenteiles bewirkt.

23. Verfahren zur Steuerung eines Antriebes nach mindestens einem der Ansprüche 1-22, der in einem Koordinatenmeßge rät zur Positionierung eines linear verfahrbaren und um eine Längsachse drehbaren Ständers eingesetzt wird, da durch gekennzeichnet, daß die vom Benutzer vorgegebenen anzufahrenden Werkstück-Koordinaten in die Stellgrößen des Antriebes transformiert werden und in separaten Regelkreisen diese Stellgrößen realisiert werden, wobei die Bedienung für den Benutzer in der x-y-Ebene identisch zur Bedienung eines üblichen Koordinatenmeßgerätes in einem kartesischen Koordinatensystem erfolgt.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß

- vorgegebene Antast-Werkstück-Koordinaten in die Sollkoordinaten des Werkstück-Koordinatensystems transformiert werden,
- die Sollkoordinaten des Werkstück-Koordinatensystems in Stellgrößen-Sollwerte des Antriebes transformiert werden,
- die ermittelten Stellgrößen über die jeweiligen Motoren umgesetzt werden,
- die realisierten Systemkoordinaten, insbesondere Linear- Versatz L und Drehwinkel α des Ständers erfaßt werden,
- die erfaßten Systemkoordinaten wieder in die Stellgrößen des Antriebes transformiert werden und als aktuelle Stellgrößen-Istwerte in einer oder mehreren weiteren Regelschleifen den vorgegebenen Stellgrößen-Sollwerten nachgeregelt werden.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßten Systemkoordinaten des Antriebes laufend in die kartesischen Werkstück-Koordinaten transformiert und auf einem Display dargestellt werden.

26. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Abweichungen der jeweiligen Soll-Koordinaten des Werkstück-Koordinatensystems von den aktuellen Ist- Koordinaten in Stellgrößenwerte des Antriebes transformiert werden,
- die jeweiligen Motoren diese Stellgrößenwerte umsetzen,
- die realisierten Systemkoordinaten, insbesondere Linear- Versatz L und Drehwinkel α des Ständers erfaßt werden,
- die erfaßten Systemkoordinaten wieder in das Werkstück- Koordinatensystem transformiert werden und
- als aktuelle Werkstück-Koordinaten-Istwerte wieder in einer oder mehreren weiteren Regelschleifen den vor gegebenen Soll-Koordinaten des Werkstück-Koordinaten systems nachgeregelt werden.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßten Systemkoordinaten laufend in die kartesischen Werkstück-Koordinaten transformiert und auf einem Display dargestellt werden.