WO2003008898A1 - Koordinatenmessgerät mit zusatzwärmequelle - Google Patents

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WO2003008898A1
WO2003008898A1 PCT/EP2002/007469 EP0207469W WO03008898A1 WO 2003008898 A1 WO2003008898 A1 WO 2003008898A1 EP 0207469 W EP0207469 W EP 0207469W WO 03008898 A1 WO03008898 A1 WO 03008898A1
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Ralf Christoph
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Werth Messtechnik Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0011—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight
    • G01B5/0014—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight due to temperature

Definitions

  • the invention relates to a coordinate measuring machine with at least one element associated therewith and / or emitting heat integrated therein, such as a motor or light source. Furthermore, the invention relates to a method for operating a coordinate measuring machine with an element assigned to it and / or emitting heat integrated therein, such as a motor or light source.
  • a coordinate probe is optionally replaced by a temperature sensor in order to determine the temperature of the object to be measured.
  • a temperature sensor in order to determine the temperature of the object to be measured.
  • thermally insulated measuring tables in coordinate measuring machines in order to exclude the influence of temperature fluctuations (see DE.Z .: coordinate measuring machines from Carl Zeiss. Prismo. The scale. P. 13). Even if, according to the first proposal, temperature fluctuations of the object to be measured can be detected and compensated, it cannot be ruled out that due to different temperatures, for example in the peripheral areas of the bearing or changes in temperature in the bearing, deformations which affect the measured values occur.
  • the use of thermally insulated tables leads to a considerable increase in the cost of coordinate measuring machines. Irrespective of this, temperature-related deformations of the holders of corresponding thermally insulated tables can in turn lead to measurement errors.
  • the present invention is based on the problem of further developing a coordinate measuring machine and a method of the type mentioned at the outset in such a way that temperature-related measurement deviations or falsifications do not occur, without in particular requiring a temperature determination of the object to be measured.
  • the problem is essentially solved by a coordinate measuring machine of the type mentioned at the outset in that an additional heat source is assigned to the heat-emitting element in such a way that the total power acting on the coordinate measuring machine is constant or almost constant.
  • a heating resistor is used in particular as the additional heat source.
  • a plurality of heat-emitting elements can be assigned a common, controllable heating resistor.
  • a separate controllable heating resistor can also be assigned to each heat-emitting element.
  • Heat-emitting elements which are operational heat sources such as motors such as servomotors or light sources, and additional heat sources are spatially assigned to one another in such a way that the coordinate measuring device acting power is constant or almost constant, so that as a result the coordinate measuring machine has a constant temperature and measurement errors are therefore excluded.
  • the basic idea of the invention therefore provides that technically-related heat sources such as light sources or motors, which are absolutely necessary for coordinate measuring machines, also since n do not lead to a temperature change in the coordinate measuring machine or its temperature environment if the heat sources are operated with different loads or Example are switched off.
  • the additional heat source such as the heating resistor, assigned to the light source is regulated accordingly to ensure unchanged temperature conditions.
  • the output of a heating resistor is increased and vice versa.
  • the power to be output by this and the additional heat source can be based, for example, on the maximum power of the engine. Since the current power is below the maximum power, the heating resistor is regulated so that the heat given off by the heating resistor and that of the motor are constant.
  • the coordinate measuring machine is used in an environment in which a constant temperature prevails regardless of the heat-emitting elements such as components of the coordinate measuring machine. As a result, a thermally stable coordinate measuring machine is achieved.
  • a method for operating a coordinate measuring machine with at least one associated and / or integrated in this heat-emitting element such as a motor or light source is characterized in that the heat-emitting element is assigned an additional heat source such that its total power acting on the coordinate measuring machine when operating the Coordinate measuring device is constant or almost constant.
  • an additional heat source is assigned to the heat-emitting element in such a way that the coordinate measuring machine is operated in a constant temperature environment, regardless of the power absorbed or emitted by the heat-emitting element.
  • 1 is a schematic diagram of a coordinate measuring machine
  • Fig. 2 shows a schematic diagram of a coordinate measuring machine
  • Fig. 3 is a schematic diagram of a coordinate measuring machine
  • FIG. 1 shows, in principle, a coordinate measuring machine 10 with a base frame 12, for example made of granite, with a measuring table 14, on which an object (not shown) can be arranged in order to measure it.
  • a portal 16 is adjustable in the Y direction.
  • columns or stands 18, 20 are slidably supported on the base frame 12.
  • a crossmember 22 extends from the columns 18, 20, along which a carriage 24 is adjustable, that is to say in the X direction, which in turn receives a quill or column 26 which is adjustable in the Z direction.
  • a measuring sensor 28 extends from the sleeve or column 26 and can be of a conventional type such as tactile, optotactile image processing sensors or laser distance sensors. In this respect, however, reference is made to well-known techniques and designs.
  • each heat-emitting element has a Additional heat source is assigned such that the heat output acting on the coordinate measuring machine is constant.
  • FIGS. 2 and 3 The implementation of measures in this regard is shown in principle in FIGS. 2 and 3. 2, the power of an electric motor 32 used in a coordinate measuring machine 30 is measured in order to regulate an additional heat source, such as a heating resistor 34, as a function of the power consumption or output in such a way that the thermal load on the coordinate measuring machine 30 is constant.
  • a power measurement 38 is carried out by a motor controller 36 in order to regulate the heating resistor 34 via a heating resistor control.
  • a constant heat effect on the coordinate measuring device 44 is to be achieved with a light source 42, which is assigned to a coordinate measuring device 44
  • a power measurement 46 of the light control 48 takes place, in order then to regulate a heating resistor 52 via a heating resistor control 50 in such a way that the thermal load on the coordinate measuring machine 44 is also constant.
  • the measures according to the invention ensure that the coordinate measuring device 10, 30, 44 is thermally stable, with the result that no temperature changes for the coordinate measuring device 10, 30, 44 can be effective due to technically-induced heat sources such that measurement falsifications or measurement inaccuracies occur.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Koordinatenmessgerät (30) mit zumindest einem diesem zugeordneten und/oder in diesem integrierten Wärme abgebenden Element (32) wie Motor oder Lichtquelle. Um temperaturbedingte Messungenauigkeiten auszuschließen, wird vorgeschlagen, dass dem Wärme abgebenden Element (32) eine Zusatzwärmequelle (34) derart zugeordnet ist, dass auf das Koordinatenmessgerät (30) einwirkende Gesamtleistung konstant oder nahezu konstant ist.

Description

Beschreibung
KOORDINATENMESSGERAT MIT ZUSATZWARMEQUELLE
Die Erfindung bezieht sich auf ein Koordinatenmessgerat mit zumindest einem diesem zugeordneten und/oder in diesem integrierten Wärme abgebenden Element wie Motor oder Lichtquelle. Ferner nimmt die Erfindung Bezug auf ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgerätes mit einem diesem zugeordneten und/oder in diesem integrierten Wärme abgebenden Element wie Motor oder Lichtquelle.
Um mit hoher Präzision Objekte mittels eines Koordinatenmessgerätes zu messen, ist es erforderlich, dass Messverfälschungen aufgrund sich ändernder Temperaturen unterbleiben. Hierzu wird nach der DE 38 23 373 AI vorgeschlagen, dass ein Koordinaten- messtaster wahlweise durch einen Temperatursensor ausgewechselt wird, um die Temperatur des zu messenden Objektes zu bestimmen. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Temperatur berührungslos zu messen.
Ein weiterer dem Stand der Technik zu entnehmender Vorschlag sieht vor, thermoiso- lierte Messtische bei Koordinatenmessgeräten zu verwenden, um Einflüsse von Temperaturschwankungen auszuschließen (s. DE.Z.: Koordinatenmessgeräte von Carl Zeiss. Prismo. Der Maßstab. S. 13). Auch wenn man nach dem ersten Vorschlag Temperaturschwankungen des zu messenden Objektes erfassen und kompensieren kann, ist nicht ausgeschlossen, dass es aufgrund unterschiedlicher Temperaturen zum Beispiel in Randbereichen der Lagerung bzw. Temperaturänderungen in der Lagerung zu die Messwerte beeinflussenden Verformungen kommt. Die Verwendung thermoisolierter Tische führt zu einer erheblichen Verteuerung von Koordinatenmessgerat. Unabhängig hiervon können temperaturbedingte Verformungen der Halterungen entsprechender thermoisolierter Tische wiederum zu Messverfälschungen führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Koordinatenmessgerat sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass temperaturbedingte Messabweichungen bzw. -Verfälschungen unterbleiben, ohne dass es insbesondere einer Temperaturbestimmung des zu messenden Objektes bedarf.
Erfmdungsgemäß wird das Problem durch ein Koordinatenmessgerat der eingangs genannten Art im Wesentlichen dadurch gelöst, dass dem Wärme abgebenden Element eine Zusatzwärmequelle derart zugeordnet ist, dass auf das Koordinatenmessgerat einwirkende Gesamtleistung konstant oder nahezu konstant ist. Dabei wird als Zusatzwärmequelle insbesondere ein Heizwiderstand verwendet.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass jedem Wärme abgebenden Element ein regelbarer Heizwiderstand derart zugeordnet ist, dass Leistung Pj des Wärme abgebenden Elementes und Leistung P2 des regelbaren Heizwiderstandes sich belaufen auf Pj + P2 = const. oder Pj + P « const. Dabei können mehreren Wärme abgebenden Elementen ein gemeinsamer regelbarer Heizwiderstand zugeordnet sein. Selbstverständlich kann auch jedem Wärme abgebenden Element ein gesonderter regelbarer Heizwiderstand zugeordnet sein.
Wärme abgebende Elemente, bei dem es sich um betriebsbedingte Wärmequellen wie zum Beispiel Motoren wie Stellmotoren oder Lichtquellen handelt, und Zusatzwärmequellen sind dabei derart räumlich einander zugeordnet, dass auf das Koordinatenmess- gerät einwirkende Leistung konstant oder nahezu konstant ist, so dass infolge dessen das Koordinatenmessgerat eine konstante Temperatur aufweist und somit Messverfälschungen ausgeschlossen sind.
Der Grundgedanke der Erfindung sieht folglich vor, dass technisch bedingte Wärmequellen wie zum Beispiel Lichtquellen oder Motoren, die bei Koordinatenmessgeräten zwingend erforderlich sind, auch da n zu einer Temperaturveränderung im Koordinatenmessgerat bzw. deren Temperaturumgebung nicht führen, wenn die Wärmequellen mit unterschiedlicher Last betrieben oder zum Beispiel ausgeschaltet sind. Wird zum Beispiel eine Lichtquelle gedrosselt, so wird entsprechend die der Lichtquelle zugeordnete Zusatzwärmequelle wie Heizwiderstand geregelt, um unveränderte Temperaturbedingungen sicherzustellen. Beim Drosseln einer Lichtquelle wird demzufolge die Leistung eines Heizwiderstandes erhöht und umgekehrt. Bei einem Motor kann die von diesem und der Zusatzwärmequelle abzugebende Leistung zum Beispiel auf die Maxi- malleistυng des Motors abgestellt sein. Da die aktuelle Leistung unter der Maximalleistung liegt, wird der Heizwiderstand so geregelt, dass die von dem Heizwiderstand abgegebene Wärme und die des Motors konstant ist.
Aufgrund der erfmdungsgemäßen Lehre erfolgt keine rechnerische Kompensation von auftretenden Temperaturänderungen. Vielmehr wird das Koordinatenmessgerat in einer Umgebung genutzt, in der unabhängig von den Wärme abgebenden Elementen wie Komponenten des Koordinatenmessgerätes eine konstante Temperatur vorherrscht. Man erzielt demzufolge ein thermisch stabiles Koordinatenmessgerat.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgerätes mit zumindest einem diesem zugeordneten und/oder in diesem integrierten Wärme abgebenden Element wie Motor oder Lichtquelle zeichnet sich dadurch aus, dass dem Wärme abgebenden Element eine Zusatzwärmequelle derart zugeordnet wird, dass deren auf das Koordinatenmessgerat einwirkende Gesamtleistung beim Betreiben des Koordinatenmessgerätes konstant oder nahezu konstant ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass von dem Wärme abgebenden Element aufgenommene oder abgegebene Leistung P] gemessen und die Zusatzwärmequelle mit einer Leistung P2 betrieben wird, wobei P] + P = const. oder P] + P2 « const. ist.
Dabei kann über die gemessene Leistung P] ein Heizwiderstand als die Zusatzwärmequelle auf eine Leistung P derart geregelt werden, dass Pi + P2 == const. oder P] + P2 « const. ist.
Insbesondere wird dem Wärme abgebenden Element eine Zusatzwärmequelle derart zugeordnet, dass unabhängig von von dem Wärme abgebenden Element aufgenommener bzw. abgegebener Leistung das Koordinatenmessgerat in einer konstanten Temperaturumgebung betrieben wird.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausfuhrungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Koordinatenmessgerätes,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines einem Koordinatenmessgerat zugeordneten
Motors und
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer einem Koordinatenmessgerat zugeordneten
Beleuchtung.
Fig. 1 ist rein prinzipiell ein Koordinatenmessgerat 10 mit einem zum Beispiel aus Granit bestehendem Grundrahmen 12 mit Messtisch 14 zu entnehmen, auf dem ein nicht dargestelltes Objekt anordbar ist, um dieses zu messen. Entlang dem Grundrahmen 12 ist ein Portal 16 in Y-Richtung verstellbar. Hierzu sind Säulen oder Ständer 18, 20 gleitend auf dem Grundrahmen 12 abgestützt. Von den Säulen 18, 20 geht eine Traverse 22 aus, entlang der, also in X-Richtung, ein Schlitten 24 verstellbar ist, der seinerseits eine Pinole oder Säule 26 aufnimmt, die in Z-Richtung verstellbar ist. Von der Pinole oder Säule 26 geht ein Messsensor 28 aus, bei dem es sich um solche üblicher Bauart wie taktil arbeitende, optotaktil arbeitende Bildverarbeitungssensoren oder Laserab- standssensoren handeln kann. Insoweit wird jedoch auf hinlänglich bekannte Techniken und Konstruktionen verwiesen.
Um sicherzustellen, dass das Koordinatenmessgerat 10 thermisch stabil ist, dass also das Koordinatenmessgerat 10 in einer Umgebung betrieben wird, in der unabhängig von Wärme abgebenden Komponenten wie Beleuchtung, Motoren oder ähnliches eine konstante Temperatur vorherrscht, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass jedem Wärme abgebenden Element eine Zusatzwärmequelle derart zugeordnet ist, dass auf das Koordinatenmessgerat einwirkende Wärmeleistung konstant ist.
Die Realisierung diesbezüglicher Maßnahmen ist rein prinzipiell den Fig. 2 und 3 zu entnehmen. So wird nach Fig. 2 die Leistung eines in einem Koordinatenmessgerat 30 benutzten Elektromotors 32 gemessen, um in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme bzw. -abgäbe eine Zusatzwärmequelle wie einen Heizwiderstand 34 derart zu regeln, dass die Wärmebelastung des Koordinatenmessgerätes 30 konstant ist. Es erfolgt von einer Motorsteuerung 36 eine Leistungsmessung 38, um über diese den Heizwiderstand 34 über eine Heizwiderstandsregelung zu regeln.
Soll nach Fig. 3 bei einer Lichtquelle 42, die einem Koordinatenmessgerat 44 zugeordnet ist, eine konstante Wärmeeinwirkung auf das Koordinatenmessgerat 44 erreicht werden, so erfolgt eine Leistungsmessung 46 der Lichtsteuerung 48, um sodann über eine Heizwiderstandsregelung 50 einen Heizwiderstand 52 derart zu regeln, dass ebenfalls die Wärmebelastung des Koordinatenmessgeräts 44 konstant ist. Durch die erfmdungsgemäßen Maßnahmen ist sichergestellt, dass das Koordinatenmessgerat 10, 30, 44 thermisch stabil ist mit der Folge, dass durch technisch bedingte Wärmequellen keine Temperaturänderungen für das Koordinatenmessgerat 10, 30, 44 derart wirksam werden können, dass Messverfälschungen bzw. Messungenauigkeiten auftreten.

Claims

PatentansprücheKoordinatenmessgerat sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen
1. Koordinatenmessgerat (10, 30, 44) mit zumindest einem diesem zugeordneten und/oder in diesem integrierten Wärme abgebenden Element (32, 42) wie Motor oder Lichtquelle, d a d urch g ek ennz ei c hn et, dass dem Wärme abgebenden Element (32, 42) eine Zusatzwärmequelle (34, 52) derart zugeordnet ist, dass auf das Koordinatenmessgerat (10, 30, 42) einwirkende Gesamtleistung konstant oder nahezu konstant ist.
2. Koordinatenmessgerat nach Anspruch 1 , d ad urc h g ek en nz ei c hn et, dass die Zusatzwärmequelle ein Fleizwiderstand (34, 52) ist.
3. Koordinatenmessgerat nach Anspruch 1 oder 2, d adurc h g ek ennz ei c hn et, dass dem Wärme abgebenden Element (32, 42) die Zusatzwärmequelle (34, 52) derart zugeordnet ist, dass das Koordinatenmessgerat (10, 30, 44) unabhängig von der Leistung des Wärme abgebenden Elementes eine konstante oder nahezu konstante Temperatur aufweist.
4. Koordinatenmessgerat nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durch geke nn z e i chn et, dass das Koordinatenmessgerat (30) zumindest einen Antriebsmotor (32) aufweist, der mit einem Wärmelastwiderstand (34) so im Wechsel betreibbar ist, dass resultierende Wärmebelastung konstant ist.
5. Koordinatenmessgerat nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durch gek e nn z e i c hn et, dass das Koordinatenmessgerat eine Beleuchtung (42) aufweist, die in einem oder mehreren Wärmelastwiderständen (52) derart im Wechsel steuerbar ist, dass resultierende Wärmebelastung des Koordinatenmessgerätes (44) konstant ist.
6. Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgerätes (10, 30, 44) mit zumindest einem diesen zugeordneten und/oder in diesem integrierten Wärme abgebenden Element (32, 42) wie Motor oder Lichtquelle, d a durch g ek e nnze i chn et, dass dem Wärme abgebenden Element (32, 42) zumindest eine Zusatzwärmequelle (34, 52) derart zugeordnet wird, dass die beim Betreiben des Koordinatenmessgerätes (10, 30, 44) auf dieses einwirkende Gesamtleistung konstant oder nahezu konstant ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a du rch gek enn z e i chn et, dass von dem Wärme abgebenden Element (32, 42) aufgenommene oder abgegebene Leistung P] gemessen und die Zusatzwärmequelle (34, 42) mit einer Leistung P2 betrieben wird, wobei P] + P2 = const. oder P! + P2 « const. ist.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, d adurch g ek ennze i chnet, dass über die gemessene Leistung Li ein Heizwiderstand (34, 52) als die Zusatzwärmequelle geregelt wird.
. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d adur ch g ek ennzei chn et, dass jedem Wärme abgebenden Element (32, 42) ein regelbarer Heizwiderstand (34, 52) derart zugeordnet ist, dass Leistung Pj des Wärme abgebenden Elementes und Leistung P des regelbaren Heizwiderstandes sich beläuft auf Pi + P2 = const. oder Pj + P2 « const.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d adurc h g ek ennze i chn et, dass mehreren Wärme abgebenden Elementen (32, 42) ein gemeinsamer regelbarer Heizwiderstand zugeordnet ist.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d urc h gek ennz e i chn et, dass das bzw. die Zusatzwärmequellen (34, 52) dem Koordinatenmessgerat derart zugeordnet sind, dass dieses in seinem messungsbeeinflussenden Bereich unabhängig von der wirksamen Leistung des bzw. der Wärme abgebenden Elemente eine konstante oder nahezu konstante Temperatur aufweist.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d urch g ek enn zei chn et, dass ein oder mehrere Motoren (32) des Koordinatenmessgerätes (30) mit Heizwiderständen (34) derart im Wechsel betrieben werden, dass resultierende Wärmebelastung konstant ist.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durch gek ennzei chn et, dass Lampen einer Beleuchtung (42) des Koordinatenmessgerätes mit Heizwiderständen derart im Wechsel betrieben werden bzw. zueinander geregelt werden, dass resultierende Wärmebelastung für das Koordinatenmessgerat konstant oder nahezu konstant ist.
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