WO2007082779A1 - Koordinatenmessgerät und verfahren zum betreiben eines koordinatenmessgeräts - Google Patents

Koordinatenmessgerät und verfahren zum betreiben eines koordinatenmessgeräts Download PDF

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WO2007082779A1
WO2007082779A1 PCT/EP2007/000584 EP2007000584W WO2007082779A1 WO 2007082779 A1 WO2007082779 A1 WO 2007082779A1 EP 2007000584 W EP2007000584 W EP 2007000584W WO 2007082779 A1 WO2007082779 A1 WO 2007082779A1
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WO
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coordinate measuring
measuring device
drive current
current
limit value
Prior art date
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PCT/EP2007/000584
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Uhl
Thomas Maier
Günter Grupp
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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Publication date
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Priority to EP07702991A priority patent/EP1977188B1/de
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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
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/047—Accessories, e.g. for positioning, for tool-setting, for measuring probes

Definitions

  • the invention relates to a coordinate measuring machine and a method for operating a coordinate measuring machine.
  • the coordinate measuring machine has a coordinate measuring device, in particular a measuring head.
  • the coordinate measuring device is driven by at least one electric motor, so that it is movable and z. B. is movable at least in one direction.
  • Such coordinate measuring machines are well known, for. Example from US 2001/013177 A1.
  • the invention is not limited to a specific type of coordinate measuring device (eg, tactile measuring head of the switching or non-switching type).
  • test object itself is to be protected against mechanical damage which could occur when the coordinate measuring device is hit against the test object.
  • persons and parts of the measuring arrangement are themselves to be protected against such mechanical damage. From this protection interest, the demand could be derived, the or the electric motors of the
  • the speed which the coordinate measuring device driven by the electric motor is allowed to reach at most could be limited to low values.
  • this is countered by the desire that the measurement should be carried out in as short a time as possible. This in turn requires high accelerations and, depending on the circumstances of the particular measurement setup, under certain circumstances also high speeds of the coordinate measuring device.
  • a torque control device which compares an actual motor current with a desired motor current and generates an actuating variable signal as a function of the comparison result. It is ensured that the motor current is below the maximum permitted value due to the comparison with a maximum allowed motor current, so as to avoid a hard impact of a test element on a body.
  • a disadvantage of such a procedure is that the motor current is limited even by the maximum value when the test element is not in the vicinity of the measurement object. The speed at which the test element can be moved and the acceleration are therefore limited.
  • the coordinate measuring device should be movable at any speed and acceleration.
  • a limit value for the electric drive current of the electric motor is determined as a function of a desired speed and / or as a function of a desired acceleration with which or with which the movement of the electric motor or the movement of the coordinate measuring device is to take place.
  • This basic idea also includes embodiments in which the target speed and / or desired acceleration is not used to determine the limit value, but equivalent variables such as the desired speed of the electric motor or a shaft driven by this or the desired torque of the electric motor or the shaft.
  • the target speed and target torque are equivalent to the target speed and the target acceleration, if it is assumed that a trouble-free operation and the transmission ratio of the drive does not change. Under trouble-free is understood that no unexpected obstacle is on the way covered by the coordinate measuring device.
  • the measurement of the measurement object can be planned by planning the movement of the coordinate measurement device. For this planning z.
  • all components of the target speed and the target acceleration in a Cartesian coordinate system preferably the coordinate system in which the coordinates of the measuring object to be determined
  • no precalculation of the entire measuring process must be carried out before the start of the survey. Rather, the precalculation or specification of the setpoint values z. B.
  • the invention allows the operator of a coordinate measuring machine, during certain temporal portions of the movement of the coordinate measuring device higher speeds and / or To allow accelerations than in other phases.
  • the coordinate measuring device can be brought to a high speed from a waiting position in which it is located far away from the measuring object with high acceleration values until it reaches a predefined area in the vicinity of the measuring object.
  • a lower speed or acceleration may be allowed.
  • a method for operating a coordinate measuring machine wherein a coordinate measuring device, in particular a measuring head, of the coordinate measuring machine driven by at least one electric motor in at least one direction is movable and wherein the method comprises the steps of
  • “Exceeding” of the limit value implies that the drive current in one case becomes greater than the limit value, for example, and in another case, for example, becomes smaller than the limit value. “Exceeding” is thus understood to mean “crossing over”
  • the determination of a limit value and the monitoring of whether the limit value is reached and / or exceeded also include the possibility of a limit band, ie a range of values for the drive current defined by a lower limit and an upper limit then monitors whether the drive current veriässt the limit band, ie, the range, in which case the coordinate measuring device is brought into the predefined state.
  • the determination of coordinates in a coordinate system is not limited to that the coordinates are Cartesian coordinates. Rather, coordinates of any kind can be determined, such as polar coordinates, cylindrical coordinates, etc ..
  • a coordinate measuring machine is understood to mean not only a device with which coordinates in a coordinate system can be determined, but also a device which makes it possible to check a position of a measurement object, for example as described in DE 100 24 976 A1. More generally, the so-called coordinate measuring device can only be designed to check the presence of a body.
  • the coordinate measuring device may have a mechanical sensor and / or an optical sensor.
  • a significant advantage of the current monitoring according to the invention is that the monitoring can remain active even during an accelerated movement of the coordinate measuring device. It can in principle Any number of high acceleration values can be permitted without the current monitoring having to be switched off.
  • the functional relationship may additionally depend on further parameters, the z. B. by one or more of the following factors are uniquely determined by the ambient temperature, by the temperature of parts of the coordinate measuring machine (eg temperature of the bearings that store moving parts in the movement of the coordinate measuring device), by the position of the coordinate measuring in a stationary coordinate system, by the relative position of the coordinate measuring device with respect to the measurement object or with respect to other parts of the measurement setup and / or by operating conditions (such as a currently selected gear stage of a multi-stage transmission, which in the power transmission of the electric motor to the to be traversed coordinate measuring device is used), be determined.
  • the current limit may be closer to the current value actually required for operation.
  • the friction is different in the different selectable gear stages. The greater the friction, the higher the current limit must be selected.
  • parameters for one or more of the following operating states may be taken into account in the functional relationship:
  • the absolute positions and / or relative positions of different parts of the coordinate measuring device fulfill a predefined criterion. Reaching or reaching can by protective devices such. B. light barriers and / or treadmats are detected (points a and b). Whether the predefined criterion is met, z. B. determined by evaluating the coordinates of different coordinate axes.
  • a limit is only valid for the current operating time and / or for a short period of time, eg. B. until a computing device based on changed values of the desired speed and / or the target acceleration has calculated a new limit for the motor current or z. B. has determined by reading from a data store.
  • predetermined and / or current limit is exceeded or if the limit is reached or exceeded, measures can be taken automatically to establish the predefined state.
  • the predefined state was defined before the limit value was exceeded or reached.
  • the measures is to output one or more warning signals (acoustically and / or optically).
  • the electric drive current is switched off and / or the coordinate measuring device is disconnected from its drive means so that it can no longer transfer forces to other objects.
  • the coordinate measuring device and preferably the entire coordinate measuring machine or system are brought into a so-called safe state.
  • the measures to be taken as a possible embodiment also include the limitation of the force and / or the torque of the electric motor to a predetermined value. This value may be fixed or depend on the operating state, the position of the coordinate measuring device and / or on other factors.
  • the electric drive current is switched off when the electric drive current continuously reaches and / or exceeds the determined limit value over a time interval of predetermined length.
  • a value can be used as the electrical drive current which has been determined after smoothing of temporal fluctuations of the determined measured value. In both cases, this can ensure that a very short-term (especially caused by a measurement error) excess or the very short-term reaching of the limit still have no effect on the operation of the CMM.
  • the coordinate measuring device comes to a standstill when, as in a preferred embodiment, a current direction of the electric drive current is first reversed before the electric drive current is turned off.
  • This measure can be used for the time that is usually required for switching off switches (eg relays). Until the magnetic field of the switch has subsided, the current could already be reversed and in this way the movement of the coordinate measuring device slowed down or stopped.
  • a plurality of electric motors of the coordinate measuring machine are provided, which together cause the movement of the coordinate measuring device.
  • the movements of the electric motors are clearly associated with movement components of the movement of the coordinate measuring device.
  • at least one electric motor is provided for a linear movement of the coordinate measuring device, wherein each of the linear movements can take place exclusively in one of three mutually perpendicular directions.
  • this limit is dependent on a desired speed and / or dependent on a target acceleration of the movement component, which is effected by the respective electric motor.
  • limit values for the motor currents depend on the desired speed values and / or dependent on the setpoint acceleration values in the X direction , determined in the Y direction and in the Z direction.
  • a plurality of electric motors may be provided for at least one of the movement components, as is the case, for example, with gantry-type coordinate measuring machines.
  • the limit value is preferably determined for each of the electric motors of the same movement component (in the case of identical electric motors, the same limit value may be used) and is separately monitored as to whether the limit value for the considered electric motor is reached and / or exceeded.
  • at least one measured value of the electrical drive current during operation of the coordinate measuring machine, in particular during a movement of the coordinate measuring device is compared with an expected value in order to check the measurement of the electrical drive current for measurement errors.
  • the expected value can be z. B. using the target speed and the target acceleration can be determined.
  • the measurement of the electric drive current can be checked for faultless operation in this way.
  • devices with more than one motor for one direction of movement eg double drive on a gantry device in gantry or bridge construction
  • Another way of detecting a faulty sensor for measuring the motor current or a faulty processing of the signals supplied by such a sensor is to check the measured values for plausibility.
  • Comparison values for the plausibility check can be, in particular, the desired speed, the desired acceleration and / or the actual speed or acceleration, which are obtained by evaluating a speedometer signal and / or by the information used by the coordinate measuring machine for the actual determination of coordinates of a measuring object.
  • a calibration operation of the coordinate measuring machine during which the coordinate measuring device is moved freely without obstruction by objects.
  • This calibration operation is not used to check the current measurement, but to determine current values of the electric motor current.
  • normal values of the electric drive current may be measured and stored for various values of the velocity and / or the acceleration of the coordinate measuring device, and from the normal values prior to the operation of the coordinate measuring machine limits of the electric drive current for different values of the desired speed and / or the target acceleration , "Normal" values are understood to mean values which have arisen under normal operating conditions without hindering the movement of the coordinate measuring device. If the current limit value depends on at least one other parameter be determinable, this parameter or these parameters are preferably determined and varied during the calibration operation.
  • a computer of the CMM learn how high the current is as a function of the speed and / or in dependence on the acceleration.
  • a corresponding, slightly higher current limit can then be set for each speed value and / or acceleration value and z.
  • B. be stored on a hard disk or other permanent data storage.
  • the stored data by means of a control variable such.
  • a control variable such as a CRC (Cyclic Redundancy Code) checksum against unintended changes secured.
  • the current limit value can be set in a simple case by increasing the current value determined for the respective operating state by a fixed predetermined amount.
  • the fixed amount is also dependent on the speed (and optionally also on further parameters such as the temperature).
  • the speed and the acceleration of the coordinate measuring device during the calibration operation using an evaluation device provided for the actual operation of the coordinate measuring machine Determination of coordinates and / or determined using a speed signal of the electric motor.
  • a tacho signal is understood to mean a signal from a signal generator which is combined with the electric motor.
  • the signal generator generates an electrical signal each time a rotor of the electric motor has rotated further by a certain predetermined angle.
  • Tacho signals are z. B. used to control the operation of the electric motor. They serve as Feedback signal for a control device (power amplifier), which adjusts the motor current.
  • the determination of the current limit value is preferably carried out by at least one computing device.
  • the computing device may also initiate and / or control the measures to be taken when the current limit is reached and / or exceeded.
  • This functionality of the computing device can be realized by hardware and / or software.
  • a plurality of computing devices may be used to increase security against power monitoring failure.
  • the scope of the present invention also includes a coordinate measuring machine with a coordinate measuring device, in particular a measuring head, which is driven by at least one electric motor in at least one direction movable.
  • the coordinate measuring machine has the following:
  • a current measuring device configured to measure an electric drive current flowing through the electric motor to generate a movement of the electric motor and thereby cause a movement of the coordinate measuring device
  • the predefined state eg a so-called safe state
  • the actuating device has a switch-off device, which is connected to the current-measuring device and to the setpoint-determining device and which is designed to switch off the electrical drive current when the electric drive current reaches the determined limit value and / or if the electric drive current determined Exceeds limit.
  • the coordinate measuring machine may have a computer or a computing device that contains the setpoint determination device.
  • the scope of the invention includes a computer program which, when running on a computer or computer network, determines at least the current limit value and optionally also initiates and / or controls the respective measures to be taken on reaching and / or exceeding the current limit value.
  • the computer program has program code means which can be stored on a computer-readable medium.
  • the monitoring of the drive current according to the invention can optionally be switched off.
  • a volume on which a data structure is stored which determines at least the current limit after loading into a working and / or main memory of a computer or computer network and optionally also when reaching and / or exceeding the current limit initiates and / or controls the respective measures to be taken.
  • FIG. 2 schematically shows an arrangement with a power stage (output stage) from which an electric motor is supplied with motor current
  • FIG. 3 shows the speed and the current limit value as a function of time for a simple example of the operation of a coordinate measuring machine.
  • FIG. 4 shows a measuring chain during the processing of a measured value of the
  • Figure 5 schematically shows an arrangement with a computer and at least one microcontroller for monitoring the motor current.
  • the gantry type coordinate measuring machine (CMM) 11 shown in Fig. 1 has a measuring table 1, above which columns 2, 3 are movably arranged in the Z direction of a Cartesian coordinate system.
  • the columns 2, 3 together with a cross member 4, a portal of the CMM 11.
  • the cross member 4 is connected at its opposite ends to the columns 2 and 3 respectively.
  • Electric motors not shown cause the linear movement of the columns 2, 3 in the Z direction.
  • Each of the two columns 2, 3 is assigned an electric motor.
  • the cross member 4 is combined with a cross slide 7, which is mounted in air along the cross member 4 in the X direction of the Cartesian coordinate system is mobile.
  • the current position of the cross slide 7 relative to the cross member 4 can be determined by a scale division 6.
  • the movement of the cross member 4 in the X direction is driven by a further electric motor.
  • a movable sleeve in the vertical direction 8 is mounted, which is connected at its lower end via a mounting device 10 with a coordinate measuring device 5.
  • Coordinate measuring device 5 a probe 9 is detachably arranged.
  • the coordinate measuring device 5 can be driven by a further electric motor relative to the cross slide 7 in the Y direction of the Cartesian coordinate system. Due to the total of four electric motors, the probe 9 can therefore be moved to any point below the cross member 4 and above the measuring table 1, which is located in the gap defined by the columns 2, 3.
  • the arrangement shown in Figure 2 reveals some details, such as one of the electric motors M of a coordinate measuring machine, z. B. the coordinate measuring machine described with reference to FIG 1, is supplied with power during operation and is controlled.
  • the motor M is connected in the embodiment via two electrical connections C1, C2 to a power level PS.
  • the power level PS has a signal input Sl, via which they z. B. receives a control signal from a computer or from a microcontroller.
  • the power stage PS adjusts the motor current flowing via the lines C1, C2.
  • the desired position and the actual position and / or the desired speed of the coordinate measuring device can serve as input variables of the overall control device.
  • the overall control device may, in addition to the power amplifier further regulator, z.
  • a mains connection PN which can be connected to an AC electrical power supply network, a power supply unit EV, comprising, for example, a transformer and a rectifier, a bipolar relay R2 and two electrical connections, the power supply unit EV via the relay R2 with the power level Connect PS, the power level PS can be supplied with electrical energy that they need to power the motor current.
  • the power stage PS has a current measuring device IM or is combined with such a current measuring device with which the motor current flowing through the electrical connections C1, C2 and through the motor M can be measured. Furthermore, the power stage PS has a not shown in detail in Figure 2 actuator for adjusting the motor current.
  • a tachogenerator TG which generates tacho signals as a function of the movement of the electric motor and transmits them via a signal line SL to the power stage PS.
  • the speed signal generator is z. B. to a rotary transformer, which generates a voltage corresponding to the speed.
  • the power stage PS thus adjusts and controls the motor current in the electrical connections C1, C2 (DC) according to the control signal applied to the control signal input S1 (for example an analog DC value in the range -10V to + 10V), the power stage PS evaluates the tachogenerator signal generated by the speed sensor continuously or quasi continuously.
  • the coordinate measuring machine has a plurality of motors, preferably one copy each of the arrangement shown in FIG each of the electric motors provided.
  • the energy supply unit EV can be shared by all arrangements, for example.
  • FIG. 3 shows a trapezoidal time profile of the speed of the coordinate measuring device. In the embodiment described here is at the speed z. B. to the component of the velocity vector in the X direction of the coordinate system shown in Figure 1.
  • the speed v begins to increase linearly.
  • the linear increase continues until the time t 2 is reached.
  • the acceleration in the X direction is constant.
  • the current limit Ij (dashed line in the diagram according to FIG. 3) runs in the time interval [t ⁇ ; t 2 ] constant at a high value li. Only when this high limit value U is exceeded or when the limit value l ⁇ is reached, appropriate measures are taken.
  • a positive current limit I 3 is preferably selected for the deceleration phase. If, during the deceleration phase, undesired striking of one of the parts driven by the electric motor occurs, the power stage (for example the power stage shown in the arrangement according to FIG. 2) would try to boost the motor current.
  • both the relay R1 and the relay R2 are controlled via not shown in Figure 2 control lines to open both relays R1, R2.
  • both the PS power supply via electrical connections C3, C4
  • the motor power line electrical connections C1, C2
  • a short-circuit switch KS (see Figure 2), which is arranged between the relay R1 and the motor M, causes a short circuit of the two motor power connections to which the electrical connections C1, C2 are connected. This is to it Make sure that the short circuit is not established until relay R1 is already open.
  • the trapezoidal velocity curve is a nominal curve.
  • the current limit value is determined as a function of the target acceleration.
  • the current limit may depend on the desired speed.
  • a higher current limit than the limit value I 2 shown in Figure 3 would have to be chosen, since in particular with higher friction is to be expected.
  • a changed current limit value IT can also be specified during the phases with constant acceleration and constant deceleration.
  • the current limit value can also be set higher for higher speed values during these phases than for lower speed values.
  • the processing of the current measured values of the motor current sensor IM in the power stage PS takes place, for example, with the arrangement shown in FIG.
  • the current sensor IM supplies an analog measurement signal, which is optionally supplied to an analog / digital converter AD via an analog filter AF for temporal smoothing of the measurement signal.
  • the analog signal is converted into a digital signal and fed via a further optional digital filter DF for temporal smoothing of the measurement signal to a computer PC.
  • the computer PC may, for example, be a computing device in which the current current limit is also determined as a function of the desired speed and as a function of the desired acceleration.
  • the computer PC can optionally also generate the control signal, which is supplied via the signal input Sl of the power stage PS.
  • FIG. 5 shows an arrangement whose various possible functions will be discussed later.
  • the arrangement shows a computer PC, which has a data bus B or is connected to such a data bus.
  • several microcontroller MC are connected to the data bus.
  • FIG. 5 shows two of the microcontrollers MC. As indicated by three points, however, more microcontrollers may be provided, preferably one microcontroller for each electric motor of the coordinate measuring machine to be monitored.
  • the lower of the two microcontrollers MC shown is, for example, for the monitoring of the motor current through a specific electric motor M in use, said electric motor M is also shown in Figure 5.
  • This microcontroller MC is connected via a signal connection SV with a power level PS, for example, the power level PS shown in Figure 2.
  • a tachogenerator TG is again provided, which is connected via a signal line SL to the power stage PS and generates a tacho signal in accordance with the movement of the electric motor M.
  • FIG. 5 shows an electrical lead C11 which leads from a terminal P1 at a first electrical potential via at least one first switch SW1 and at least one second switch SW2 to the motor M and supplies it with motor current during motor operation.
  • a corresponding further electrical line C21 connects the motor M to a second electrical potential (P2).
  • the power stage PS controls the motor current through the lines C11, C21.
  • the computer PC which may be, for example, a commercially available personal computer, is connected to the first switch SW1 via the data bus B.
  • this switch further elements may be provided, which are a corresponding control signal of the computer PC, via the data bus B is transferred to actuate the switch SW1.
  • the computer PC is in any case capable of turning the switch SW1 on and off.
  • the computer PC detects (in a manner to be described later) that the motor current has to be interrupted while monitoring the motor current, the computer PC turns off the switch SW1.
  • microcontroller MC 1 is connected via the signal connection SV with the power level PS, able to turn on and off the second switch SW2.
  • the microcontroller turns off the switch SW2 to interrupt the motor current through the motor M.
  • At least two different control devices are provided which can interrupt the motor current independently. As a result, additional security for the operation of the electric motor can be achieved.
  • Both the computer PC and the microcontroller MC are, as already described with reference to FIG. 5, capable of taking "emergency off measures" when the current limit value is reached and / or exceeded ,
  • both devices individually and independently not only interrupt the motor current, but also take the additional measures described with reference to FIG. 2, namely the so-called DC link (electrical connections C3, C4 in Fig. 2) interrupt and short the motor.
  • Timestamping refers to signals that are sent to the respective other device after execution of one of the functions to be monitored and contain the information about a time of the executed function, in particular about the time of completion of the execution of the function. If one of these functions is executed too late, the other device recognizes this because, at a time when the function should have been executed, either no corresponding time stamp was received or a timestamp was received which corresponds to a late point in time of execution , In both cases, the institution initiates the "emergency measures".
  • the current monitoring during operation of the coordinate measuring machine can be switched off, for example during a specific operating phase (eg an acceleration phase), depending on a predetermined position of the coordinate measuring device and / or depending on an operating state of the current monitoring involved institution.
  • a specific operating phase eg an acceleration phase
  • the computer repeatedly transmit a predetermined signal (eg, a particular value of signal magnitude) to the microcontroller over a predetermined length of time.
  • the microcontroller sends the signal back to the computer at least at the end of the predetermined period. Only when the computer receives this signal will power monitoring be disabled on the computer.
  • the same procedure can also be performed with each reverse signal direction (the microcontroller repeatedly transmits the predetermined signal over the time period, etc.) to turn off current monitoring on the microcontroller.
  • This procedure is required if the current monitoring (ie, at least the determination of the current current limit and checking whether the current motor current reaches and / or exceeds the limit), as in a preferred Embodiment of the case is also performed on the microcontroller.
  • the computer has the following values or signals for each of the electric motors to be monitored and the respective microcontroller associated with the electric motor (a single microcontroller is also possible for several or all motors): i) the tacho signal for determining the current one Speed, ii) the current value of the speed of the
  • Coordinate measuring device which was determined by the coordinate measuring machine itself, iii) the current measured current value of the motor current and iv) the target speed value of the movement component, which is associated with the respective electric motor.
  • the information about the z. B. in a calibration operation determined current values at disability-free operation both facilities available.
  • the data available to the computer is stored on its hard disk.
  • the data available to the microcontroller are stored, for example, in a flash memory of a card, on which both the memory and the microcontroller are arranged.
  • Computers and microcontrollers are therefore able to separately and independently determine a current limit.
  • the data is preferably protected against change.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts und ein Koordinatenmessgerät, wobei eine Koordinatenmesseinrichtung, insbesondere ein Messkopf, des Koordinatenmessgeräts angetrieben durch zumindest einen Elektromotor (M) in zumindest einer Richtung verfahrbar ist. Ein elektrischer Antriebstrom, der (über den Strompfad der Leitungen C11, C21 ) durch den Elektromotor (M) fließt, um eine Bewegung des Elektromotors (M) und auf diese Weise eine Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung zu bewirken, wird gemessen. Abhängig von einer Sollgeschwindigkeit und/oder abhängig von einer Sollbeschleunigung, mit denen die Bewegung des Elektromotors (M) oder die Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung (5) ablaufen soll, wird ein Grenzwert für den elektrischen Antriebstrom ermittelt (in Computer PC und/oder in Mikrocontroller MC). Wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert (I<SUB>T</SUB>) erreicht und/oder wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert (I<SUB>T</SUB>) überschreitet, wird die Koordinatenmesseinrichtung (5) in einen vordefinierten Zustand gebracht, z. B. indem der Computer (PC) oder der Mikrocontroller (MC) einen der in dem Strompfad angeordneten Schalter (SW1 , SW2) ausschaltet.

Description

Koordinatenmessgerät und Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts. Das Koordinatenmessgerät weist eine Koordinatenmesseinrichtung auf, insbesondere einen Messkopf. Die Koordinatenmesseinrichtung wird durch zumindest einen Elektromotor angetrieben, so dass sie beweglich ist und z. B. zumindest in einer Richtung verfahrbar ist.
Derartige Koordinatenmessgeräte sind allgemein bekannt, z. B. aus US 2001/013177 A1. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine spezielle Art von Koordinatenmesseinrichtungen (z. B. tastender Messkopf vom schaltenden oder nicht schaltenden Typ) beschränkt.
Beim Vermessen der Koordinaten von Messobjekten mit verfahrbaren Koordinatenmesseinrichtungen sind besondere Vorsichtsmaßnahmen zu ergreifen. Zum einen soll das Messobjekt selbst vor mechanischen Beschädigungen geschützt werden, die beim Anschlagen der Koordinatenmesseinrichtung am Messobjekt entstehen könnten. Zum anderen sind auch Personen und Teile der Messanordnung selbst vor solchen mechanischen Beschädigungen zu schützen. Aus diesem Schutzinteresse könnte die Forderung abgeleitet werden, den oder die Elektromotoren des
Koordinatenmessgeräts nur mit geringen elektrischen Strömen zu betreiben.
I Ferner könnte die Geschwindigkeit, die die von dem Elektromotor angetriebene Koordinatenmesseinrichtung maximal erreichen darf, auf niedrige Werte begrenzt werden. Dem steht jedoch der Wunsch gegenüber, dass die Messung in möglichst kurzer Zeit ausgeführt werden soll. Dies wiederum erfordert hohe Beschleunigungen und, abhängig von den Gegebenheiten des jeweiligen Messaufbaus, unter Umständen auch hohe Geschwindigkeiten der Koordinatenmesseinrichtung.
Aus DE 100 24 976 A1 ist eine Drehmomentregeleinrichtung bekannt, welche einen Ist-Motorstrom mit einem Soll-Motorstrom vergleicht und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses ein Stellgrößensignal erzeugt. Es wird dafür gesorgt, dass der Motorstrom aufgrund des Vergleichs mit einem maximal erlaubten Motorstrom unterhalb des maximal erlaubten Wertes liegt, um so ein hartes Anschlagen eines Prüfelements an einem Körper zu vermeiden.
Nachteilig an einer solchen Vorgehensweise ist es jedoch, dass der Motorstrom auch dann durch den Maximalwert begrenzt ist, wenn sich das Prüfelement nicht in der Nähe des Messobjekts befindet. Die Geschwindigkeit, mit der das Prüfelement bewegt werden kann, und die Beschleunigung sind daher begrenzt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts anzugeben, die einen ununterbrochenen Personen- und Geräteschutz beim Vermessen eines Messobjekts ermöglichen. Dabei soll die Koordinatenmesseinrichtung mit beliebigen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen verfahrbar sein.
Gemäß einem wesentlichen Gedanken der vorliegenden Erfindung wird ein Grenzwert für den elektrischen Antriebstrom des Elektromotors abhängig von einer Sollgeschwindigkeit und/oder abhängig von einer Sollbeschleunigung, mit der bzw. mit denen die Bewegung des Elektromotors oder die Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung ablaufen soll, ermittelt. Diese Grundidee umfasst auch Ausgestaltungen, bei denen nicht die Sollgeschwindigkeit und/oder Sollbeschleunigung zur Ermittlung des Grenzwertes verwendet wird, sondern äquivalente Größen wie beispielsweise die Solldrehzahl des Elektromotors oder einer von diesem angetriebenen Welle bzw. das Solldrehmoment des Elektromotors oder der Welle.
Die Solldrehzahl und Solldrehmoment (bzw. die Soll-Winkelbeschleunigung) sind der Sollgeschwindigkeit und der Sollbeschleunigung äquivalent, wenn von einem störungsfreien Betrieb ausgegangen wird und sich das Übersetzungsverhältnis des Antriebs nicht ändert. Unter störungsfrei wird verstanden, dass sich kein unerwartetes Hindernis auf dem Weg befindet, den die Koordinatenmesseinrichtung zurücklegt. Anders ausgedrückt kann die Vermessung des Messobjekts dadurch geplant werden, dass die Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung geplant wird. Für diese Planung können jeweils z. B. sämtliche Komponenten der Sollgeschwindigkeit und der Sollbeschleunigung in einem kartesischen Koordinatensystem (vorzugsweise dem Koordinatensystem, in dem die Koordinaten des Messobjekts bestimmt werden sollen) berechnet werden. Dabei muss keine Vorausberechnung des gesamten Messvorganges vor dem Beginn der Vermessung durchgeführt werden. Vielmehr kann die Vorausberechnung bzw. Vorgabe der Sollwerte z. B. jeweils für einen zeitlichen Abschnitt der Vermessung erfolgen. Wenn der gegenwärtige Bewegungszustand bekannt ist oder bisher ein störungsfreier Messbetrieb stattgefunden hat, kann jedoch auch (insbesondere unter Berücksichtigung eines physikalisch mechanischen Modells des Messaufbaus, einschließlich der bewegten Massen) - äquivalent zu der Sollgeschwindigkeit und/oder Sollbeschleunigung - die Solldrehzahl und/oder das Solldrehmoment bei der Ermittlung des Stromgrenzwertes berücksichtigt werden.
Die Erfindung ermöglicht es dem Betreiber eines Koordinatenmessgeräts, während bestimmter zeitlicher Abschnitte der Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung höhere Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen zu erlauben als in anderen Phasen. Beispielsweise kann die Koordinatenmesseinrichtung aus einer Warteposition, in der sie sich weit entfernt vom Messobjekt befindet, mit hohen Beschleunigungswerten auf eine hohe Geschwindigkeit gebracht werden, bis sie in einen vordefinierten Bereich in der Nähe des Messobjekts gelangt. Ferner kann insbesondere aus Gründen des Personenschutzes selbst außerhalb des Nahbereichs in bestimmten Gefahrbereichen nur eine geringere Geschwindigkeit oder Beschleunigung erlaubt sein.
Entsprechend den so geplanten und/oder definierten Bewegungsphasen oder Bewegungsbereichen gelten unterschiedliche Stromgrenzwerte. Um eine hohe Beschleunigung der Koordinatenmesseinrichtung zu erzielen, ist ein entsprechend hoher Stromgrenzwert erforderlich. Ist nur eine langsame Geschwindigkeit vorgegeben und sind nur geringe Beschleunigungswerte erlaubt, kann der Stromgrenzwert niedrig gewählt werden.
Insbesondere wird ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts vorgeschlagen, wobei eine Koordinatenmesseinrichtung, insbesondere ein Messkopf, des Koordinatenmessgeräts angetrieben durch zumindest einen Elektromotor in zumindest einer Richtung verfahrbar ist und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
(a) ein elektrischer Antriebstrom, der durch den Elektromotor fließt, um eine Bewegung des Elektromotors und auf diese Weise eine Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung zu bewirken, wird gemessen,
(b) abhängig von einer Sollgeschwindigkeit und/oder abhängig von einer Sollbeschleunigung, mit denen die Bewegung des Elektromotors oder die Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung ablaufen soll, wird ein Grenzwert für den elektrischen Antriebstrom ermittelt, und
(c) wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert erreicht und/oder wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert überschreitet, wird die Koordinatenmesseinrichtung in einen vordefinierten Zustand gebracht.
„Überschreiten" des Grenzwertes beinhaltet, dass der Antriebstrom in einem Fall z. B. größer als der Grenzwert wird und in einem anderen Fall z. B. kleiner als der Grenzwert wird. „Überschreiten" ist also im Sinne eines „Überquerens" zu verstehen. Die Ermittlung eines Grenzwertes und die Überwachung, ob der Grenzwert erreicht und/oder überschritten wird, schließt auch die Möglichkeit eines Grenzwertbandes ein, d. h. eines Bereichs von Werten für den Antriebstrom, der durch einen unteren Grenzwert und einen oberen Grenzwert definiert ist. Es wird dann überwacht, ob der Antriebstrom das Grenzwertband, d. h. den Bereich, veriässt, in welchem Fall die Koordinatenmesseinrichtung in den vordefinierten Zustand gebracht wird.
Die Bestimmung von Koordinaten in einem Koordinatensystem ist nicht darauf beschränkt, dass die Koordinaten kartesische Koordinaten sind. Vielmehr können Koordinaten jeglicher Art bestimmt werden, beispielsweise Polarkoordinaten, Zylinderkoordinaten usw..
Unter einem Koordinatenmessgerät wird nicht nur ein Gerät verstanden, mit dem Koordinaten in einem Koordinatensystem bestimmt werden können, sondern auch ein Gerät, das die Überprüfung einer Position eines Messobjekts ermöglicht, beispielsweise wie in DE 100 24 976 A1 beschrieben. Noch allgemeiner formuliert kann die so genannte Koordinatenmesseinrichtung lediglich ausgestaltet sein, die Anwesenheit eines Körpers zu überprüfen. Beispielsweise kann die Koordinatenmesseinrichtung einen mechanischen Sensor und/oder einen optischen Sensor aufweisen.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Stromüberwachung besteht darin, dass die Überwachung auch während einer beschleunigten Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung aktiv bleiben kann. Es können prinzipiell beliebig hohe Beschleunigungswerte zugelassen werden, ohne dass die Stromüberwachung ausgeschaltet werden muss.
Vorzugsweise ist ein funktionaler Zusammenhang zwischen der Sollgeschwindigkeit und/oder der Sollbeschleunigung einerseits und dem Stromgrenzwert andererseits zumindest für eine bestimmte Betriebsphase fest vorgegeben. Dabei kann der funktionale Zusammenhang zusätzlich von weiteren Parameter abhängen, die z. B. durch einen oder mehrere der folgenden Faktoren eindeutig bestimmt sind: durch die Umgebungstemperatur, durch die Temperatur von Teilen des Koordinatenmessgeräts (z. B. Temperatur der Lager, die bei der Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung bewegliche Teile lagern), durch die Position der Koordinatenmesseinrichtung in einem ortsfesten Koordinatensystem, durch die relative Position der Koordinatenmesseinrichtung in Bezug auf das Messobjekt oder in Bezug auf andere Teile des Messaufbaus und/oder durch Betriebszustände (wie z. B. eine aktuell gewählte Getriebestufe eines mehrstufigen Getriebes, welches bei der Kraftübertragung des Elektromotors auf die zu verfahrende Koordinatenmesseinrichtung eingesetzt wird), bestimmt sein. Die Berücksichtigung solcher Parameter erhöht die Sicherheit weiter. Auf diese Weise kann der Stromgrenzwert dichter bei dem tatsächlich für den Betrieb benötigten Stromwert liegen. Beispielsweise ist die Reibung in den verschiedenen wählbaren Getriebestufen verschieden groß. Je größer die Reibung ist, desto höher muss der Stromgrenzwert gewählt werden. Außerdem können zum Beispiel Parameter für einen oder mehrere der folgenden Betriebzustände in dem funktionalen Zusammenhang berücksichtigt werden:
(a) ein Teil der Koordinatenmesseinrichtung, z. B. ein Messkopf erreicht einen vordefinierten Bereich;
(b) eine Person oder ein Gegenstand gelangt in einen vordefinierten Bereich;
(c) die absoluten Positionen und/oder Relativpositionen verschiedener Teile der Koordinatenmesseinrichtung erfüllen ein vordefiniertes Kriterium. Das Erreichen bzw. Hineingelangen kann durch Schutzeinrichtungen wie z. B. Lichtschranken und/oder Trittmatten detektiert werden (Punkte a und b). Ob das vordefinierte Kriterium erfüllt ist, wird z. B. durch Auswerten der Koordinaten verschiedener Koordinatenachsen ermittelt.
Insbesondere ist daher ein Grenzwert jeweils nur momentan für den aktuellen Betriebszeitpunkt und/oder für einen kurzen Zeitraum gültig, z. B. bis eine Recheneinrichtung auf Basis geänderter Werte der Sollgeschwindigkeit und/oder der Sollbeschleunigung einen neuen Grenzwert für den Motorstrom berechnet hat oder z. B. durch Auslesen aus einem Datenspeicher ermittelt hat.
Wenn der vorgegebene und/oder aktuelle Grenzwert überschritten wird oder wenn der Grenzwert erreicht oder überschritten wird, können automatisch Maßnahmen ergriffen werden, um den vordefinierten Zustand herzustellen. Der vordefinierte Zustand wurde vor dem Überschreiten oder Erreichen des Grenzwertes definiert.
Eine Möglichkeit für die Maßnahmen besteht darin, ein oder mehrere Warnsignale (akustisch und/oder optisch) auszugeben. Vorzugsweise wird jedoch der elektrische Antriebstrom abgeschaltet und/oder die Koordinatenmesseinrichtung so von ihren Antriebsmitteln abgekoppelt, dass sie keine Kräfte mehr auf andere Gegenstände übertragen kann. Dies bedeutet, dass die Koordinatenmesseinrichtung und vorzugsweise das gesamte Koordinatenmessgerät oder -System in einen so genannten sicheren Zustand gebracht werden. Die zu ergreifenden Maßnahmen enthalten als eine mögliche Ausführungsform auch die Begrenzung der Kraft und/oder des Drehmoments des Elektromotors auf einen vorgegebenen Wert. Dieser Wert kann unveränderlich sein oder vom Betriebszustand, der Position der Koordinatenmesseinrichtung und/oder von weiteren Faktoren abhängen. Vorzugsweise wird der elektrische Antriebstrom abgeschaltet, wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert kontinuierlich über ein Zeitintervall vorgegebener Länge hinweg erreicht und/oder überschreitet. Alternativ oder zusätzlich kann bei der Feststellung, ob der Grenzwert erreicht und/oder überschritten ist, als elektrischer Antriebstrom ein Wert verwendet werden, der nach Glättung von zeitlichen Schwankungen des ermittelten Messwertes ermittelt worden ist. In beiden Fällen kann hierdurch sichergestellt werden, dass eine sehr kurzzeitige (insbesondere durch einen Messfehler verursachte) Überschreitung oder das sehr kurzzeitige Erreichen des Grenzwertes noch keine Auswirkungen auf den Betrieb des Koordinatenmessgeräts haben.
Besonders schnell gelangt die Koordinatenmesseinrichtung zum Stillstand, wenn, wie bei einer bevorzugten Ausführungsform, eine Stromrichtung des elektrischen Antriebstroms zunächst umgekehrt wird, bevor der elektrische Antriebstrom abgeschaltet wird. Mit dieser Maßnahme kann die Zeit ausgenutzt werden, die in der Regel für das Abschalten von Schaltern (z. B. Relais) benötigt wird. Bis das Magnetfeld des Schalters abgeklungen ist, konnte der Strom schon umgekehrt werden und auf diese Weise die Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung verlangsamt oder gestoppt werden.
Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Elektromotoren des Koordinatenmessgeräts vorgesehen, die zusammengenommen die Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung bewirken. Dabei sind die Bewegungen der Elektromotoren eindeutig Bewegungskomponenten der Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung zugeordnet. Z. B. ist jeweils zumindest ein Elektromotor für eine Linearbewegung der Koordinatenmesseinrichtung vorgesehen, wobei jede der Linearbewegungen ausschließlich in einer von drei paarweise zueinander senkrecht stehenden Richtungen stattfinden kann. Im Ergebnis kann innerhalb eines erreichbaren Bewegungsbereichs somit jeder gewünschte Punkt auf direktem Weg angefahren werden. Allgemein wird im Fall der Mehrzahl von Elektromotoren, die gemeinsam die Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung bewirken, vorzugsweise für jeden der Mehrzahl von Elektromotoren separat ein Grenzwert des elektrischen Antriebstroms ermittelt, wobei dieser Grenzwert abhängig von einer Sollgeschwindigkeit und/oder abhängig von einer Sollbeschleunigung der Bewegungskomponente ist, die von dem jeweiligen Elektromotor bewirkt wird.
Im Fall eines Koordinatenmessgeräts mit jeweils zumindest einem Elektromotor für die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse in einem kartesischen Koordinatensystem werden also separat Grenzwerte für die Motorströme abhängig von den Sollgeschwindigkeitswerten und/oder abhängig von den Sollbeschleunigungswerten in X-Richtung, in Y-Richtung und in Z-Richtung ermittelt.
Insbesondere kann für zumindest eine der Bewegungskomponenten eine Mehrzahl von Elektromotoren vorgesehen sein, wie es beispielsweise bei Koordinatenmessgeräten in Portalbauweise der Fall ist. In diesem Fall wird vorzugsweise für jeden der Elektromotoren derselben Bewegungskomponente der Grenzwert ermittelt (im Fall baugleicher Elektromotoren kann u. U. derselbe Grenzwert verwendet werden) und wird separat überwacht, ob der Grenzwert für den betrachteten Elektromotor erreicht und/oder überschritten wird. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird zumindest ein gemessener Wert des elektrischen Antriebstroms während des Betriebes des Koordinatenmessgeräts, insbesondere während einer Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung, mit einem erwarteten Wert verglichen wird, um die Messung des elektrischen Antriebstroms auf Messfehler zu überprüfen. Der erwartete Wert kann z. B. unter Verwendung der Sollgeschwindigkeit und der Sollbeschleunigung ermittelt werden. Unter der Voraussetzung, dass die Koordinatenmesseinrichtung sich ungehindert bewegt, kann auf diese Weise die Messung des elektrischen Antriebstroms auf fehlerfreie Funktionsweise überprüft werden. Bei Geräten mit mehr als einem Motor für eine Bewegungsrichtung (z.B. Doppelantrieb an einem Gantry-Gerät in Portal- oder Brückenbauweise) ist es vorteilhaft, nicht die einzelnen Motorströme sondern die Summe der Motorströme der beiden Motoren des Doppelantriebes zu begrenzen.
Eine weitere Möglichkeit der Erkennung eines fehlerhaften Sensors zur Messung des Motorstroms oder einer fehlerhaften Verarbeitung der von einem solchen Sensor gelieferten Signale besteht in einer Prüfung der Messwerte auf Plausibilität. Bei der Plausibilitätsprüfung steht kein fester Vergleichswert zur Verfügung. Vielmehr können zeitliche Veränderungen des Strommesswertes in geeigneten Betriebsphasen ausgewertet werden. Z. B. muss der Strom nach einer Phase der Beschleunigung der Koordinatenmesseinrichtung, auf die eine Phase konstanter Geschwindigkeit der Koordinatenmesseinrichtung folgt, auf einen deutlich niedrigeren Wert zurückgehen. Vergleichswerte für die Plausibilitätsprüfung können insbesondere die Sollgeschwindigkeit, die Sollbeschleunigung und/oder die tatsächliche Geschwindigkeit oder Beschleunigung sein, die durch Auswertung eines Tachosignals und/oder durch die Informationen erhalten werden, die von dem Koordinatenmessgerät für die eigentliche Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts genutzt werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, einen Eich-Betrieb des Koordinatenmessgeräts durchzuführen, während dem die Koordinatenmesseinrichtung ohne Behinderung durch Gegenstände frei verfahren wird. Dieser Eich-Betrieb dient nicht der Überprüfung der Strommessung, sondern der Ermittlung von Stromwerten des Elektromotor- Stroms. Insbesondere können normale Werte des elektrischen Antriebstroms für verschiedene Werte der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung der Koordinatenmesseinrichtung gemessen und gespeichert werden und wobei aus den normalen Werten vor dem Betrieb des Koordinatenmessgeräts Grenzwerte des elektrischen Antriebstroms für verschiedene Werte der Sollgeschwindigkeit und/oder der Sollbeschleunigung festgelegt werden. Unter "normalen" Werten werden Werte verstanden, die unter normalen Betriebsbedingungen, ohne Behinderung der Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung entstanden sind. Soll der Strom-Grenzwert abhängig von zumindest einem weiteren Parameter ermittelbar sein, wird dieser Parameter bzw. werden diese Parameter vorzugsweise während des Eich-Betriebes festgestellt und variiert. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Computer des Koordinatenmessgeräts lernen, wie hoch der Strom in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und/oder in Abhängigkeit von der Beschleunigung ist. Ein entsprechender, etwas höher liegender Stromgrenzwert kann dann für jeden Geschwindigkeitswert und/oder Beschleunigungswert festgelegt werden und z. B. auf einer Festplatte oder einem anderen Permanent-Datenspeicher abgespeichert werden.
Vorzugsweise werden die gespeicherten Daten mittels einer Kontrollgröße wie z. B. einer CRC (Cyclic Redundancy Code) Prüfsumme gegen unbeabsichtigte Veränderungen gesichert.
Beispielsweise kann der Stromgrenzwert in einem einfachen Fall dadurch festgelegt werden, dass der für den jeweiligen Betriebszustand ermittelte Stromwert um einen fest vorgegebenen Betrag erhöht wird. Optional ist der fest vorgegebenen Betrag jedoch auch von der Geschwindigkeit (und außerdem optional von weiteren Parametern wie der Temperatur) abhängig.
Um die während des Eich-Betriebes ermittelten Stromwerte der Geschwindigkeit und der Beschleunigung der Koordinatenmesseinrichtung zuordnen zu können, werden bei einer Ausgestaltung der Erfindung die Geschwindigkeit und die Beschleunigung der Koordinatenmesseinrichtung während des Eich-Betriebes unter Verwendung einer für den eigentlichen Betrieb des Koordinatenmessgeräts vorgesehenen Auswertungseinrichtung zur Bestimmung von Koordinaten und/oder unter Verwendung eines Tachosignals des Elektromotors bestimmt. Unter einem Tachosignal wird ein Signal eines Signalgebers verstanden, der mit dem Elektromotors kombiniert ist. Beispielsweise erzeugt der Signalgeber jeweils dann ein elektrisches Signal, wenn sich ein Läufer des Elektromotors um einen bestimmten fest vorgegebenen Winkelbetrag weiter gedreht hat. Tachosignale werden z. B. zur Regelung des Betriebs des Elektromotors verwendet. Sie dienen als Rückkopplungssignal für eine Regeleinrichtung (Endstufe), die den Motorstrom einstellt.
Die Ermittlung des Stromgrenzwertes, der von der Sollgeschwindigkeit und/oder von der Sollbeschleunigung der Koordinatenmesseinrichtung abhängt, wird vorzugsweise von zumindest einer Recheneinrichtung durchgeführt. Alternativ oder zusätzlich kann die Recheneinrichtung auch die Maßnahmen einleiten und/oder steuern, die zu ergreifen sind, wenn der Stromgrenzwert erreicht und/oder überschritten wird. Diese Funktionalität der Recheneinrichtung kann durch Hardware und/oder Software realisiert werden.
Wie noch anhand der Figuren näher beschrieben wird, kann eine Mehrzahl von Recheneinrichtungen verwendet werden, um die Sicherheit gegen einen Ausfall der Stromüberwachung zu erhöhen.
Zum Umfang der vorliegenden Erfindung gehört auch ein Koordinatenmessgerät mit einer Koordinatenmesseinrichtung, insbesondere einem Messkopf, die angetrieben durch zumindest einen Elektromotor in zumindest einer Richtung verfahrbar ist. Das Koordinatenmessgerät weist Folgendes auf:
(a) eine Strom-Messeinrichtung, die ausgestaltet ist, einen elektrischen Antriebstrom, der durch den Elektromotor fließt, um eine Bewegung des Elektromotors zu erzeugen und auf diese Weise eine Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung zu bewirken, zu messen,
(b) eine Sollwert-Ermittlungseinrichtung, die ausgestaltet ist, abhängig von einer Sollgeschwindigkeit und/oder abhängig von einer Sollbeschleunigung, mit denen die Bewegung des Elektromotors oder die Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung ablaufen soll, einen Grenzwert für den elektrischen Antriebstrom zu ermitteln, und
(c) eine Betätigungseinrichtung, die mit der Strom-Messeinrichtung und mit der Sollwert-Ermittlungseinrichtung verbunden ist und die ausgestaltet ist, die Koordinatenmesseinrichtung in einen vordefinierten Zustand (z. B. einen so genannten sicheren Zustand) zu bringen, wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert erreicht und/oder wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert überschreitet (bzw. wenn der Antriebstrom das Grenzwertband veriässt).
Zum Beispiel weist die Betätigungseinrichtung eine Abschalteinrichtung auf, die mit der Strom-Messeinrichtung und mit der Sollwert-Ermittlungseinrichtung verbunden ist und die ausgestaltet ist, den elektrischen Antriebstrom abzuschalten, wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert erreicht und/oder wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert überschreitet.
Insbesondere kann das Koordinatenmessgerät einen Computer oder eine Recheneinrichtung aufweisen, die die Sollwert-Ermittlungseinrichtung enthält. Ferner gehört zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk zumindest den Stromgrenzwert ermittelt und optional auch die bei Erreichen und/oder Überschreiten des Stromgrenzwertes die jeweils zu ergreifenden Maßnahmen eingeleitet und/oder steuert. Insbesondere weist das Computerprogramm Programmcode-Mittel auf, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein können.
Die erfindungsgemäße Überwachung des Antriebstroms kann optional abgeschaltet werden.
Außerdem gehört zum Umfang der Erfindung ein Datenträger, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes zumindest den Stromgrenzwert ermittelt und optional auch die bei Erreichen und/oder Überschreiten des Stromgrenzwertes die jeweils zu ergreifenden Maßnahmen eingeleitet und/oder steuert. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Dabei wird eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Figuren 2 bis 5 beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
Figur 1 ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise,
Figur 2 schematisch eine Anordnung mit einer Leistungsstufe (Endstufe) von der ein Elektromotor mit Motorstrom versorgt wird,
Figur 3 die Geschwindigkeit und der Stromgrenzwert als Funktion der Zeit für ein einfaches Beispiel des Betriebs eines Koordinatenmessgeräts,
Figur 4 eine Messkette bei der Verarbeitung eines Messwertes des
Motorstroms und
Figur 5 schematisch eine Anordnung mit einem Computer und zumindest einem MikroController zur Überwachung des Motorstroms.
Das in Fig. 1 dargestellte Koordinatenmessgerät (KMG) 11 in Portalbauweise weist einen Messtisch 1 auf, über dem Säulen 2, 3 in Z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems beweglich angeordnet sind. Die Säulen 2, 3 bilden zusammen mit einem Querträger 4 ein Portal des KMG 11. Der Querträger 4 ist an seinen gegenüberliegenden Enden mit den Säulen 2 bzw. 3 verbunden. Nicht näher dargestellte Elektromotoren verursachen die Linearbewegung der Säulen 2, 3 in Z-Richtung. Dabei ist jeder der beiden Säulen 2, 3 ein Elektromotor zugeordnet.
Der Querträger 4 ist mit einem Querschlitten 7 kombiniert, welcher luftgelagert entlang dem Querträger 4 in X-Richtung des kartesischen Koordinatensystems beweglich ist. Die momentane Position des Querschlittens 7 relativ zu dem Querträger 4 kann anhand einer Maßstabsteilung 6 festgestellt werden. Die Bewegung des Querträgers 4 in X-Richtung wird durch einen weiteren Elektromotor angetrieben.
An dem Querschlitten 7 ist eine in vertikaler Richtung bewegliche Pinole 8 gelagert, die an ihrem unteren Ende über eine Montageeinrichtung 10 mit einer Koordinatenmesseinrichtung 5 verbunden ist. An der
Koordinatenmesseinrichtung 5 ist ein Tastkopf 9 abnehmbar angeordnet. Die Koordinatenmesseinrichtung 5 kann angetrieben durch einen weiteren Elektromotor relativ zu dem Querschlitten 7 in Y-Richtung des kartesischen Koordinatensystems bewegt werden. Durch die insgesamt vier Elektromotoren kann der Tastkopf 9 daher zu jedem Punkt unterhalb des Querträgers 4 und oberhalb des Messtisches 1 verfahren werden, der in dem durch die Säulen 2, 3 definierten Zwischenraum liegt.
Die in Figur 2 dargestellte Anordnung lässt einige Details erkennen, wie einer der Elektromotoren M eines Koordinatenmessgeräts, z. B. des anhand von Figur 1 beschriebenen Koordinatenmessgeräts, während des Betriebes mit Strom versorgt wird und gesteuert wird. Der Motor M ist in dem Ausführungsbeispiel über zwei elektrische Verbindungen C1 , C2 mit einer Leistungsstufe PS verbunden. Die Leistungsstufe PS weist einen Signaleingang Sl auf, über den sie z. B. von einem Computer oder von einem Mikrocontroller ein Steuersignal empfängt. Entsprechend dem Steuersignal stellt die Leistungsstufe PS den über die Leitungen C1 , C2 fließenden Motorstrom ein.
Als Eingangsgrößen der Gesamt-Regelungseinrichtung können insbesondere die Sollposition und die Istposition und/oder die Sollgeschwindigkeit der Koordinatenmesseinrichtung dienen. Die Gesamt-Regelungseinrichtung kann außer der Endstufe weitere Regler aufweisen, z. B. Stromregler, Drehzahlregler und Lageregler. Über einen Netzanschluss PN, der mit einem elektrischen Wechselspannungs- Energieversorgungsnetz verbunden werden kann, eine Energieversorgungseinheit EV, die beispielsweise einen Transformator und einen Gleichrichter aufweist, ein zweipoliges Relais R2 und über zwei elektrische Verbindungen, die die Energieversorgungseinheit EV über das Relais R2 mit der Leistungsstufe PS verbinden, kann die Leistungsstufe PS mit elektrischer Energie versorgt werden, die sie zur Speisung des Motorstroms benötigt.
Die Leistungsstufe PS weist eine Strommesseinrichtung IM auf oder ist mit einer solchen Strommesseinrichtung kombiniert, mit der der durch die elektrischen Verbindungen C1 , C2 und durch den Motor M fließende Motorstrom gemessen werden kann. Ferner weist die Leistungsstufe PS ein in der Figur 2 nicht näher dargestelltes Stellglied zum Einstellen des Motorstroms auf.
Ferner ist ein Tachosignalgeber TG vorgesehen, der abhängig von der Bewegung des Elektromotors Tachosignale erzeugt und über eine Signalleitung SL an die Leistungsstufe PS überträgt. Bei dem Tachosignalgeber handelt es sich z. B. um einen Drehtransformator, der eine der Drehzahl entsprechende Spannung generiert.
Während des Betriebes des Koordinatenmessgeräts stellt die Leistungsstufe PS somit entsprechend dem am Steuersignaleingang Sl anliegenden Steuersignal (beispielsweise ein analoger Gleichspannungswert im Bereich - 10V bis +10V) den Motorstrom in den elektrischen Verbindungen C1 , C2 (Gleichstrom) ein und regelt ihn, wobei die Leistungsstufe PS das von dem Tachosignalgeber erzeugte Tachosignal kontinuierlich oder quasi kontinuierlich auswertet.
Wenn das Koordinatenmessgerät eine Mehrzahl von Motoren aufweist, ist vorzugsweise jeweils ein Exemplar der in Figur 2 dargestellten Anordnung für jeden der Elektromotoren vorgesehen. Dabei kann aber die Energieversorgungseinheit EV beispielsweise gemeinsam von allen Anordnungen genutzt werden.
Figur 3 zeigt einen trapezförmigen zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeit der Koordinatenmesseinrichtung. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Geschwindigkeit z. B. um die Komponente des Geschwindigkeitsvektors in X-Richtung des in Figur 1 dargestellten Koordinatensystems.
Zum Zeitpunkt tι beginnt die Geschwindigkeit v linear anzusteigen. Der lineare Anstieg dauert an bis der Zeitpunkt t2 erreicht ist. Entsprechend dem linearen Anstieg der Geschwindigkeit v ist die Beschleunigung in X-Richtung konstant. Um die Beschleunigung zu erzielen muss der zugehörige Elektromotor mit einem verhältnismäßig großen, annähernd konstanten Strom versorgt werden. Dementsprechend verläuft der Stromgrenzwert Ij (gestrichelte Linie in dem Diagramm gemäß Figur 3) im Zeitintervall [tι; t2] konstant auf einem hohen Wert li. Erst wenn dieser hohe Grenzwert U überschritten wird oder wenn der Grenzwert lτ erreicht wird, werden entsprechende Maßnahmen ergriffen.
Am Ende der Beschleunigungsphase, zum Zeitpunkt t2, hat die Geschwindigkeit v den Wert vi erreicht. Im weiteren Verlauf der Bewegung (bzw. der Bewegungskomponente in X-Richtung) bleibt die Geschwindigkeit v bis zum Erreichen des Zeitpunkts t.3 auf dem Wert V1. Dementsprechend ist nur ein sehr viel geringerer Motorstrom als vorher in der Beschleunigungsphase erforderlich. Der Motorstrom muss im Wesentlichen lediglich deswegen aufgebracht werden, weil die Bewegung des Motors und der von dem Motor angetriebenen beweglichen Teile nicht reibungsfrei verläuft. Der Stromgrenzwert lτ kann jedoch sehr viel niedriger liegen als in der Beschleunigungsphase zuvor. Der in der Darstellung im mittleren zeitlichen Bereich eingezeichnete Wert I2 reicht als Stromgrenzwert lτ aus. Zum Zeitpunkt t3 beginnt eine Phase der negativen Beschleunigung (Verzögerung) mit einem konstanten Wert bis der Stillstand der Koordinatenmesseinrichtung bezüglich der X-Richtung zum Zeitpunkt U erreicht ist. Hierfür ist ein noch geringerer Stromgrenzwert b ausreichend.
Abhängig von der Reibung, die während dieser Verzögerungsphase zu überwinden ist, kann sogar ein negativer Motorstrom fließen, also kann der Motor aktiv durch Stromumkehr gebremst werden müssen. Dennoch wird vorzugsweise ein positiver Stromgrenzwert I3 für die Verzögerungsphase gewählt. Falls es nämlich während der Verzögerungsphase unerwünscht zu einem Anschlagen eines der von dem Elektromotor angetriebenen Teile kommt, würde die Leistungsstufe (beispielsweise die in der Anordnung gemäß Figur 2 gezeigte Leistungsstufe) versuchen, den Motorstrom hochzuregeln.
Durch das Hochregeln des Motorstroms wird dann der Stromgrenzwert 13 schnell erreicht werden, was wiederum zum Ergreifen der entsprechenden Maßnahmen führt.
Bevorzugtermaßen wird beim Erreichen oder beim Überschreiten des jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt gültigen Stromgrenzwertes schnellstmöglich ein Steuersignal an die Leistungsstufe PS ausgegeben, das die Leistungsstufe PS zur Umkehrung des Motorstroms veranlasst, wenn nicht bereits ein umgekehrter Motorstrom fließt (d. h. ein Motorstrom, der den Motor aktiv bremst). Außerdem werden über nicht in Figur 2 dargestellte Steuerleitungen sowohl das Relais R1 als auch das Relais R2 angesteuert, um beide Relais R1 , R2 zu öffnen. Wenn die beiden Relais geöffnet sind, ist sowohl die Stromversorgung der Leistungsstufe PS (über die elektrischen Verbindungen C3, C4) als auch die Motorstromleitung (elektrische Verbindungen C1 , C2) unterbrochen. Außerdem wird vorzugsweise über einen Kurzschlussschalter KS (siehe Figur 2), der zwischen dem Relais R1 und dem Motor M angeordnet ist, ein Kurzschluss der beiden Motorstromanschlüsse bewirkt, an denen die elektrischen Verbindungen C1 , C2 angeschlossen sind. Hierbei ist darauf zu achten, dass der Kurzschluss erst dann hergestellt wird, wenn das Relais R1 bereits geöffnet ist.
Anhand von Figur 3 wurde die Abhängigkeit des Stromgrenzwertes IT von der Beschleunigung erläutert. Es soll noch erwähnt werden, dass es sich bei der trapezförmigen Geschwindigkeitskurve um eine Sollkurve handelt. D. h. der Stromgrenzwert wird in Abhängigkeit von der Sollbeschleunigung festgelegt. Zusätzlich kann der Stromgrenzwert von der Sollgeschwindigkeit abhängen. Würde beispielsweise im Zeitintervall [t2; t3] eine höhere Sollgeschwindigkeit v gefahren, wäre ein höherer Stromgrenzwert als der in Figur 3 dargestellte Grenzwert I2 zu wählen, da insbesondere mit höherer Reibung zu rechnen ist. Auch kann in Abänderung des stufenförmigen Verlaufs des Stromgrenzwerts Ij mit jeweils waagerechten, konstanten Stromgrenzwerten h, I2, b auch während der Phasen mit konstanter Beschleunigung und konstanter Verzögerung ein sich veränderter Stromgrenzwert IT vorgegeben werden. Insbesondere kann der Stromgrenzwert bei höheren Geschwindigkeitswerten auch während dieser Phasen höher gewählt werden als bei niedrigeren Geschwindigkeitswerten.
Die Verarbeitung der Strommesswerte des Motorstromsensors IM in der Leistungsstufe PS erfolgt beispielsweise mit der in Figur 4 dargestellten Anordnung. Der Stromsensor IM liefert ein analoges Messsignal, das optional über ein analoges Filter AF zur zeitlichen Glättung des Messsignals einem Analog-/Digitalwandler AD zugeführt wird. In dem Wandler AD wird das analoge Signal in ein digitales Signal umgewandelt und über ein weiteres optionales digitales Filter DF zur zeitlichen Glättung des Messsignals einem Computer PC zugeführt. Bei dem Computer PC kann es sich beispielsweise um eine Recheneinrichtung handeln, in der auch der aktuelle Stromgrenzwert in Abhängigkeit von der Sollgeschwindigkeit und in Abhängigkeit von der Sollbeschleunigung ermittelt wird. Ferner kann der Computer PC optional auch das Steuersignal erzeugen, welches über den Signaleingang Sl der Leistungsstufe PS zugeführt wird. Figur 5 zeigt eine Anordnung, auf deren verschiedene mögliche Funktionsweisen später noch eingegangen wird. Die Anordnung zeigt einen Computer PC, der über einen Datenbus B verfügt oder an einen solchen Datenbus angeschlossen ist. Ferner sind mit dem Datenbus mehrere MikroController MC verbunden. In der Figur 5 sind zwei der Mikrocontroller MC dargestellt. Wie durch drei Punkte angedeutet ist, können jedoch noch mehr Mikrocontroller vorgesehen sein, vorzugsweise je ein Mikrocontroller für jeden zu überwachenden Elektromotor des Koordinatenmessgeräts.
Der untere der beiden dargestellten Mikrocontroller MC ist beispielsweise für die Überwachung des Motorstroms durch einen bestimmten Elektromotor M im Einsatz, wobei dieser Elektromotor M ebenfalls in Figur 5 dargestellt ist. Dieser Mikrocontroller MC ist über eine Signalverbindung SV mit einer Leistungsstufe PS verbunden, beispielsweise der in Figur 2 dargestellten Leistungsstufe PS. Ferner ist wiederum ein Tachosignalgeber TG vorgesehen, der über eine Signalleitung SL mit der Leistungsstufe PS verbunden ist und der ein Tachosignal gemäß der Bewegung des Elektromotors M erzeugt.
Außerdem ist in Figur 5 eine elektrische Leitung C11 erkennbar, die von einem Anschluss P1 auf einem ersten elektrischen Potential über zumindest einen ersten Schalter SW1 und zumindest einen zweiten Schalter SW2 zu dem Motor M führt und diesen während des Motorbetriebes mit Motorstrom versorgt. Eine entsprechende weitere elektrische Leitung C21 verbindet den Motor M mit einem zweiten elektrischen Potential (P2). Während des normalen Betriebes des Elektromotors M steuert die Leistungsstufe PS den Motorstrom durch die Leitungen C11 , C21.
Wie ebenfalls aus Figur 5 erkennbar ist, ist der Computer PC, bei dem es sich beispielsweise um einen handelsüblichen Personalcomputer handeln kann, über den Datenbus B mit dem ersten Schalter SW1 verbunden. Zur Betätigung dieses Schalters können weitere Elemente vorgesehen sein, die ein entsprechendes Steuersignal des Computers PC, das über den Datenbus B übertragen wird, zur Betätigung des Schalters SW1 umwandeln. Im Ergebnis ist der Computer PC jedenfalls dazu in der Lage, den Schalter SW1 ein- und auszuschalten. Stellt nun der Computer PC während der Überwachung des Motorstroms (auf eine Weise, die noch näher beschrieben wird) fest, dass der Motorstrom unterbrochen werden muss, schaltet der Computer PC den Schalter SW1 aus.
Außerdem ist der MikroController MC1 der über die Signalverbindung SV mit der Leistungsstufe PS verbunden ist, in der Lage, den zweiten Schalter SW2 ein- und auszuschalten.
In Situationen, die noch näher erläutert werden, schaltet der Mikrocontroller den Schalter SW2 aus, um den Motorstrom durch den Motor M zu unterbrechen.
Allgemeiner formuliert und losgelöst von dem konkreten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 sind vorzugsweise zumindest zwei verschiedene Steuereinrichtungen vorgesehen, die den Motorstrom unabhängig voneinander unterbrechen können. Hierdurch kann eine zusätzliche Sicherheit für den Betrieb des Elektromotors erzielt werden.
Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen betreffen die Anordnung gemäß Fig. 5. Sowohl der Computer PC als auch der Mikrocontroller MC sind wie bereits anhand von Fig. 5 beschrieben in der Lage, bei Erreichen und/oder Überschreiten des Stromgrenzwertes "Notaus-Maßnahmen" zu ergreifen. Hierzu können beide Einrichtungen einzeln und unabhängig voneinander nicht nur den Motorstrom unterbrechen, sondern auch zusätzlich die anhand von Fig. 2 beschriebenen Maßnahmen ergreifen, nämlich den so genannten Zwischenkreis (elektrische Verbindungen C3, C4 in Fig. 2) unterbrechen und den Motor kurzschließen.
Der Computer PC und der Mikrocontroller MC überwachen sich gegenseitig daraufhin, ob im Zusammenhang mit der Überwachung des Motorstroms stehende Funktionen innerhalb vorgegebener Zeitintervalle ausgeführt werden. Hierzu tauschen die beiden Einrichtungen Zeitstempel aus. Unter Zeitstempeln werden Signale verstanden, die nach Ausführung einer der zu überwachenden Funktionen an die jeweils andere Einrichtung gesendet werden und die Informationen über einen Zeitpunkt der ausgeführten Funktion, insbesondere über den Zeitpunkt des Abschlusses der Ausführung der Funktion enthalten. Wird eine dieser Funktionen zu spät ausgeführt, erkennt die jeweils andere Einrichtung dies daran, dass zu einem Zeitpunkt, an dem die Funktion hätte ausgeführt sein müssen, entweder kein entsprechender Zeitstempel empfangen wurde oder ein Zeitstempel empfangen wurde, der einem zu späten Zeitpunkt der Ausführung entspricht. In beiden Fällen leitet die Einrichtung die "Notaus- Maßnahmen" ein.
Optional kann vorgesehen sein, dass die Stromüberwachung während des Betriebes des Koordinatenmessgeräts ausgeschaltet werden kann, beispielsweise während einer bestimmten Betriebsphase (z. B. eine Beschleunigungsphase), in Abhängigkeit einer vorgegebenen Position der Koordinatenmesseinrichtung und/oder in Abhängigkeit von einem Betriebszustand einer an der Stromüberwachung beteiligten Einrichtung. Zum Ausschalten wird gefordert, dass der Computer ein vorgegebenes Signal (z. B. einen bestimmten Wert einer Signalgröße) über einen Zeitraum vorgegebener Länge hinweg wiederholt zu dem Mikrocontroller überträgt. Zur Bestätigung sendet der Mikrocontroller das Signal zumindest am Ende des vorgegebenen Zeitraums wieder zurück zu dem Computer. Erst wenn der Computer dieses Signal empfängt, wird die Stromüberwachung auf dem Computer deaktiviert. Die gleiche Prozedur kann optional auch mit jeweils umgekehrter Signalrichtung (der Mikrocontroller sendet über den Zeitraum hinweg wiederholt das vorgegebene Signal, usw.) durchgeführt werden, um die Stromüberwachung auf dem Mikrocontroller auszuschalten. Diese Prozedur ist erforderlich, wenn die Stromüberwachung (das heißt zumindest die Ermittlung des aktuellen Stromgrenzwertes und die Überprüfung, ob der aktuelle Motorstrom den Grenzwert erreicht und/oder überschreitet), wie es bei einer bevorzugten Ausführungsform der Fall ist, auch auf dem MikroController durchgeführt wird. Vorzugsweise stehen in diesem Fall dem Computer für jeden der zu überwachenden Elektromotoren und dem jeweils dem Elektromotor zugeordneten Mikrocontroller (es ist auch ein einziger Mikrocontroller für mehrere oder alle Motoren möglich) folgende Werte bzw. Signale zur Verfügung: i) das Tachosignal zur Ermittlung der aktuellen Geschwindigkeit, ii) der aktuelle Wert der Geschwindigkeit der
Koordinatenmesseinrichtung, die durch das Koordinatenmessgerät selbst ermittelt wurde, iii) der aktuelle gemessene Stromwert des Motorstroms und iv) der Sollgeschwindigkeitswert der Bewegungskomponente, die dem jeweiligen Elektromotor zugeordnet ist.
Durch Ermittlung des zu erwartenden Stromgrenzwertes aus i) und/oder ii) sowie aus iv) und durch Vergleich mit dem gemessenen Wert aus iii) wird überprüft, ob der gemessenen Wert plausibel ist.
In der Ausführungsform, in der sowohl der Computer als auch der Mikrocontroller separat eine Stromüberwachung durchführen, stehen die Informationen über die z. B. in einem Eich-Betrieb ermittelten Stromwerte bei behinderungsfreiem Betrieb beiden Einrichtungen zur Verfügung. Die dem Computer zur Verfügung stehenden Daten sind beispielsweise auf seiner Festplatte gespeichert. Die dem Mikrocontroller zur Verfügung stehenden Daten sind beispielsweise in einem Flash-Speicher einer Karte gespeichert, an der sowohl der Speicher als auch der Mikrocontroller angeordnet sind. Computer und Mikrocontroller sind daher in der Lage, separat und unabhängig voneinander einen Stromgrenzwert zu ermitteln. Die Daten sind vorzugsweise gegen Veränderung gesichert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts (11 ), wobei eine Koordinatenmesseinrichtung (5), insbesondere ein Messkopf, des Koordinatenmessgeräts (11 ) angetrieben durch zumindest einen Elektromotor (M) in zumindest einer Richtung verfahrbar ist und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
(a) ein elektrischer Antriebstrom, der durch den Elektromotor (M) fließt, um eine Bewegung des Elektromotors (M) und auf diese Weise eine Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung (5) zu bewirken, wird gemessen,
(b) abhängig von einer Sollgeschwindigkeit und/oder abhängig von einer Sollbeschleunigung, mit denen die Bewegung des Elektromotors (M) oder die Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung (5) ablaufen soll, wird ein Grenzwert (IT) oder Grenzwertband für den elektrischen Antriebstrom ermittelt, und
(c) wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert (IT) erreicht und/oder wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert (lτ) überschreitet oder wenn das Grenzwertband verlassen wird, wird der elektrische Antriebstrom die Koordinatenmesseinrichtung (5) in einen vordefinierten Zustand gebracht.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der elektrische Antriebstrom abgeschaltet wird, wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert (IT) kontinuierlich über ein Zeitintervall vorgegebener Länge hinweg erreicht und/oder überschreitet.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt (c) gemäß Anspruch 1 als elektrischer Antriebstrom ein Wert verwendet wird, der nach Glättung von zeitlichen Schwankungen des in Schritt (a) ermittelten Messwertes erhalten worden ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein funktionaler Zusammenhang zwischen der Sollgeschwindigkeit und/oder der Sollbeschleunigung einerseits und dem Stromgrenzwert andererseits zusätzlich durch einen oder mehrere Parameter bestimmt wird, die von einem oder mehreren des folgend Aufgezählten abhängen: eine Umgebungstemperatur, eine von Teilen des Koordinatenmessgeräts (11 ), eine Position der Koordinatenmesseinrichtung (5) in einem ortsfesten Koordinatensystem, eine relative Position der Koordinatenmesseinrichtung (5) in Bezug auf das Messobjekt oder in Bezug auf andere Teile eines Messaufbaus und/oder ein Betriebszustand des Koordinatenmessgeräts (11 ).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, bevor der elektrische Antriebstrom abgeschaltet wird, eine Stromrichtung des elektrischen Antriebstroms zunächst umgekehrt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Elektromotoren (M) vorgesehen ist, um die Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung (5) zu bewirken, wobei die Bewegungen der Elektromotoren (M) eindeutig Bewegungskomponenten der Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung (5) zugeordnet werden können, wobei die Schritte (a) bis (c) gemäß Anspruch 1 für jeden der Mehrzahl von Elektromotoren (M) separat ausgeführt werden, wobei die Sollgeschwindigkeit und/oder Sollbeschleunigung in Schritt (b) jeweils für die Bewegungskomponenten zur Verfügung stehen und wobei abhängig davon jeweils der Grenzwert (lτ) ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein in Schritt (a) gemäß Anspruch 1 gemessener Wert des elektrischen Antriebstroms während des Betriebes des Koordinatenmessgeräts (11 ), insbesondere während einer Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung (5), mit einem erwarteten Wert verglichen wird, um die Messung des elektrischen Antriebstroms auf Messfehler zu überprüfen.
8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erwartete Wert unter Verwendung der Sollgeschwindigkeit und der Sollbeschleunigung ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während eines Eich-Betriebes des Koordinatenmessgeräts (11 ), während dem die Koordinatenmesseinrichtung (5) ohne Behinderung durch Gegenstände frei verfahren wird, normale Werte des elektrischen Antriebstroms für verschiedene Werte der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung der Koordinatenmesseinrichtung (5) gemessen und gespeichert werden und wobei aus den normalen Werten vor dem Betrieb des Koordinatenmessgeräts (11 ) Grenzwerte des elektrischen Antriebstroms für verschiedene Werte der Sollgeschwindigkeit und/oder der Sollbeschleunigung festgelegt werden.
10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Geschwindigkeit und die Beschleunigung der Koordinatenmesseinrichtung (5) während des Eich-Betriebes unter Verwendung einer für den eigentlichen Betrieb des Koordinatenmessgeräts (11 ) vorgesehenen Auswertungseinrichtung (PC) zur Bestimmung von Koordinaten und/oder unter Verwendung eines Tachosignals des Elektromotors (M) bestimmt werden.
11. Koordinatenmessgerät (11 ), mit einer Koordinatenmesseinrichtung (5), insbesondere einem Messkopf, die angetrieben durch zumindest einen Elektromotor (M) in zumindest einer Richtung verfahrbar ist, und wobei das Koordinatenmessgerät (11 ) Folgendes aufweist:
(a) eine Strom-Messeinrichtung (IM), die ausgestaltet ist, einen elektrischen Antriebstrom, der durch den Elektromotor (M) fließt, um eine Bewegung des Elektromotors (M) und auf diese Weise eine Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung (5) zu bewirken, zu messen, (b) eine Sollwert-Ermittlungseinrichtung (PC, MC), die ausgestaltet ist, abhängig von einer Sollgeschwindigkeit und/oder abhängig von einer Sollbeschleunigung, mit denen die Bewegung des Elektromotors (M) oder die Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung (5) ablaufen soll, einen Grenzwert (IT) oder ein Grenzwertband für den elektrischen Antriebstrom zu ermitteln, und
(c) eine Betätigungseinrichtung, die mit der Strom-Messeinrichtung und mit der Sollwert-Ermittlungseinrichtung verbunden ist und die ausgestaltet ist, die Koordinatenmesseinrichtung (5) in einen vordefinierten Zustand zu bringen, wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert (lτ) erreicht und/oder wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert (IT) überschreitet bzw. wenn der Antriebstrom das Grenzwertband veriässt.
12. Koordinatenmessgerät nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Betätigungseinrichtung eine Abschalteinrichtung (PC, SW1 , MC, SW2) aufweist, die mit der Strom-Messeinrichtung und mit der Sollwert- Ermittlungseinrichtung verbunden ist und die ausgestaltet ist, den elektrischen Antriebstrom abzuschalten, wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert (IT) erreicht und/oder wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Grenzwert (IT) überschreitet bzw. wenn der Antriebstrom das Grenzwertband veriässt.
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