WO2007098886A1 - Sichere überwachung der geschwindigkeit bei koordinatenmessgeräten - Google Patents

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WO2007098886A1
WO2007098886A1 PCT/EP2007/001563 EP2007001563W WO2007098886A1 WO 2007098886 A1 WO2007098886 A1 WO 2007098886A1 EP 2007001563 W EP2007001563 W EP 2007001563W WO 2007098886 A1 WO2007098886 A1 WO 2007098886A1
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WO
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coordinate measuring
speed
value
measuring device
coordinate
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/001563
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Uhl
Günter Grupp
Thomas Maier
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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Publication date
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Priority to JP2008555705A priority patent/JP4885242B2/ja
Priority to EP07711639.0A priority patent/EP1987316B1/de
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Classifications

    • 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
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/42—Servomotor, servo controller kind till VSS
    • G05B2219/42318—Using two, more, redundant measurements or scales to detect bad function

Definitions

  • the invention relates to a method for reliably monitoring a speed of a movable coordinate measuring device and relates to a coordinate measuring machine with such a coordinate measuring device, in particular a measuring head.
  • the coordinate measuring device is z. B. linearly movable in several directions.
  • 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).
  • the 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. Therefore, the speed of the coordinate measuring device in a secure manner, ie in particular safe from errors to monitor.
  • a monitoring is understood in particular to mean an operation which goes beyond ascertaining the speed and use of this information for the normal operation of the coordinate measuring machine.
  • monitoring means that the determination of the speed and / or the normal operation of the coordinate measuring machine is / are monitored.
  • the normal operation of the coordinate measuring machine includes only that part of the operation which is necessary for the determination of the coordinates, but not the part of the operation which ensures operation in the sense described in the introduction to the description.
  • monitoring also means that the detected speeds lead to a safety measure that goes beyond the normal operation of the coordinate measuring machine.
  • the security measure is z. B. the generation of an error signal and / or warning signal.
  • resolver is a rotary transformer whose rotor is connected to the shaft to be monitored and whose stator has two separate windings, which are arranged offset by a rotation angle of 90 ° to each other on the outer circumference of the shaft.
  • the two stator windings receive by means of the transformer coupling a signal which is fed via the rotor winding.
  • the signals at the output of the stator windings represent a first and a second signal, each representing the time profile of the rotational angular position of a first and a second reference point of the shaft.
  • evaluation means include a comparator, with the instantaneous values of the first and second signal based on a given geometric relationship with each other are comparable. With this comparator, only the angular velocity or the absolute velocity at the circumference of the shaft is monitored directly.
  • a first value of the speed is calculated in particular from measured values of the coordinate measuring system.
  • the measured values have information about positions of the coordinate measuring device. This information is used to understand the Calculate the speed of the coordinate measuring device, for example, by deriving the position after the time.
  • a second value of the speed is determined in particular from measuring signals of an additional (in addition to the coordinate measuring system) motion sensor.
  • the measurement signals of the additional motion sensor are also used in the control of a drive means of the coordinate measuring device.
  • a resolver or a rotary transformer with only one signal generator can be used as an additional motion sensor.
  • (C) generates an error signal when the first value and / or the second value according to a predefined criterion differ from each other, from a desired value and / or from a limit value.
  • a coordinate measuring device is understood in particular to mean all moving parts of the coordinate measuring system that are moved for the purpose of determining the coordinates of the measuring object or of the measuring objects.
  • this includes in particular the actual measuring head, but also the moving parts with the measuring head, namely z.
  • B. the Bridge of the portal the Bridge of the portal, a relative to the bridge movable carriage and the parts which are movable together with the measuring head relative to the carriage. Therefore, the different parts of the coordinate measuring device can have different speeds.
  • different speeds or only individual parts of the coordinate measuring device can be monitored in terms of their speed. Alternatively or additionally, for. For example, different speed components of the speed of a part or the whole device can be monitored.
  • An error signal is understood in particular to be a signal which, when the predefined criterion, ie. H. when the error occurs, is generated automatically.
  • the meaning and / or cause of the error can be different types. For example, there may be an error of the additional motion sensor and / or during the processing of the measurement signals supplied by the motion sensor. In particular, an integrated circuit may have failed. However, it may also be a mistake of a software that z. B. provides incorrect results for the first or second value of the speed in certain operating situations.
  • the error signal can z. B. are displayed and / or automatically trigger an intervention in the operation of the CMM. For example, the error signal may therefore be a shutdown signal. For reasons of device protection and / or personal protection it is i. d. R. is required to stop all drives of the coordinate measuring device, even if only one of the speed values determined in various ways indicates the presence of an error.
  • the first value and the second value may each be repeatedly updated, and the predefined criterion may be repeatedly applied to the updated values, respectively.
  • the predefined criterion can also be of various types. Switch for If, for example, the two values differ from one another by more than a predetermined limit value at a specific time or over a defined period of time, the error signal can be generated. In this case, one can suspect that one of the two Partial procedures (either to determine the first value of the speed or to determine the second value of the speed) is erroneous.
  • a maximum value of the maximum permissible speed can be specified.
  • the maximum value is changed over time, in particular depending on the operating state, of signals / conditions of protective devices such. As photocells and / or running mats, from a setpoint specification and / or from the local area in which the coordinate measuring device is located. It may be allowed for a reduction of the maximum value for a transitional time still applies the old, higher maximum value, which is required due to the inertia for the deceleration of the coordinate measuring device. An error exists in particular when only one of the determined speed values reaches or exceeds the maximum value.
  • the error signal is generated when one of the speed values continuously reaches and / or exceeds the maximum value over a time interval of predetermined length.
  • a smoothed velocity value can be used which is obtained by smoothing temporal fluctuations of the value initially determined or calculated. In both cases, this can ensure that a very short-term (in particular caused by a temporary measurement error) exceeding or very short-term reaching the maximum value still have no effect on the operation of the CMM.
  • the z. B. is specified by a control program. If the first value of the speed or the second value of the speed is significantly above the setpoint, an error must also be inferred. In error-free operation, the additional motion sensor of the drive device is used in particular to regulate the actual speed to the desired value. All statements and / or process features related to "the speed" in this description can each apply separately to individual velocity components (eg in the x, y and z direction of a Cartesian coordinate system).
  • the safe monitoring of the speed can be carried out separately and independently of one another for the different drive devices of a coordinate measuring system or components (eg in the x-, y- and z-direction of the coordinate system), wherein each of the drive devices controls the movement of the coordinate measuring device along one of several independent coordinate axes.
  • a plurality of electric motors is provided, which together effect the overall 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.
  • the three speed components of the three linear movements can be monitored. This includes the case where more than one electric motor is used to generate at least one of the motion components (eg, one of the three linear motions).
  • the speed of the electric motors for the same component of motion can be monitored independently, monitored together (for example, by averaging the speeds), or only one of the motors is monitored.
  • the unambiguous assignment of the electric motors to the movement components also includes the case in which the movements generated by the individual electric motors are kinematically coupled.
  • the second value of the Speed can be determined from measurement signals of a plurality of additional motion sensors.
  • the motions of a first electric motor and a second electric motor are kinematically coupled such that the movement of the first electric motor contributes only a factor smaller than one multiplied to the combined movement, while the movement of the second electric motor contributes one to one (or alternatively with another Factor multiplied) contributes to the combined movement.
  • the determination of coordinates in a coordinate system is not limited to 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 can be determined in a coordinate system, but also a device which makes it possible to check a position of a measuring object.
  • the coordinate measuring device may have a mechanical sensor and / or an optical sensor.
  • a significant advantage of the invention is that signals from the normal operation of the coordinate measuring machine are used for reliable monitoring of the speed, wherein at least partially a highly accurate evaluation of these signals can be shared.
  • the determination of the coordinates of measuring objects in coordinate measuring machines is usually highly accurate. Therefore, an accurate speed value can also be determined.
  • the coordinate measuring machine may have a high-precision time signal generator, which provides the time base for the derivative by time.
  • the sampling rate for the determination of the coordinates which is present in modern coordinate measuring machines is also so high that the speed calculation can also be designed very precisely.
  • the scope of the present invention also includes a coordinate measuring machine comprising: (a) a coordinate measuring system for determining coordinates of measuring objects with a coordinate measuring device, in particular a measuring head, which is driven by at least one drive device movable in at least one direction,
  • a drive control device having a motion sensor that generates measurement signals of a movement of the coordinate measuring device used by the drive control device to control the drive device of the coordinate measuring device,
  • first speed detection means of the monitoring device connected to the coordinate measuring system and configured to calculate a first value of the speed from measured values of the coordinate measuring system
  • a second speed detection device of the monitoring device which is connected to the motion sensor and is configured to determine a second value of the speed from the measurement signals of the additional motion sensor.
  • the coordinate measuring machine may further comprise means for detecting an overcurrent, i. H. a current for supplying the drive means or a part of the drive means which is higher than an expected value or maximum value. If the detected current reaches or exceeds the expected value or the maximum value, appropriate protective measures can also be taken (eg switching off the drive or drives).
  • an overcurrent i. H. a current for supplying the drive means or a part of the drive means which is higher than an expected value or maximum value. If the detected current reaches or exceeds the expected value or the maximum value, appropriate protective measures can also be taken (eg switching off the drive or drives).
  • the monitoring device can also be an object or an arrangement that forms a unit that is separate from the coordinate measuring machine.
  • the first speed detecting means may comprise a first microcomputer
  • the second speed detecting means may comprise an additional, second microcomputer.
  • the first speed detecting means and the second speed detecting means may each be connected to a turn-off means for turning off a power supply of the driving means.
  • the use of different microcomputers further increases the security of the surveillance. Not only are different measurement signals used to calculate the first and second values of the speed. In addition, the calculation of the speed values or determination of the speed values takes place in different components.
  • One of the two microcomputers may also serve to control the operation of the coordinate measuring machine, in particular the first microcomputer.
  • this represents an embodiment to be realized with little additional effort, because the already existing control computer merely has to be programmed or configured in such a way that it also calculates the speed from the coordinates.
  • only one additional, second microcomputer has to be provided or such an already existing one must be configured accordingly in order to calculate the second value of the speed from the signals generated by the motion sensor.
  • FIG. 1 shows a coordinate measuring machine in gantry design
  • Figure 2 schematically an arrangement, the modules for processing
  • Figure 3 schematically shows an arrangement with a power stage (power amplifier), from which an electric motor is supplied with motor current, and
  • Figure 4 schematically shows an arrangement with a computer and at least one microcontroller.
  • 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 air-bearing along the cross member 4 in the X direction of the Cartesian coordinate system movable.
  • 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.
  • 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 to any point below the
  • Fig. 2 schematically shows a measuring device 22 which can be moved to determine coordinates of a measuring object by determining a position of the measuring device 22 (e.g., the position of a probe element).
  • the measuring device 22 is movable in the present embodiment with respect to three independent linear axes. Each of the three linear axes has an incremental scale 24.
  • the determination of the position of the measuring device 22 with respect to such an incremental scale is known per se from the prior art (eg magnetic or photoelectric scanning).
  • the position can be determined as described in DE 43 03 162 using an incremental photoelectric measuring system.
  • a measuring system which can likewise be used in the context of the present invention for determining the coordinates or positions, is described in WO 87/07944.
  • An interferential measuring principle can be used.
  • the reference numeral 25 denotes a corresponding signal generator in FIG. 2, which generates a position signal according to the current position of the measuring device 22 using the incremental scale 24, which is further processed by a downstream interpolator 26.
  • the interpolator 26 also supplies valid values for positions between the markers of the incremental scale 24, which values can be utilized by a downstream coordinate determination device 28.
  • the coordinates determined by the coordinate determination device 28 (which are defined in particular in the coordinate system of the incremental scales 24) are fed to a first determination device 32 for determining the speed of the measuring device 22.
  • the speed is determined in each case by forming the time derivative of the individual coordinates according to time.
  • the first determination device 32 (as well as a second determination device 34 to be described later) can be configured in accordance with FIG Predefined criterion to determine whether an error exists or whether the criterion is met. In particular, it can be determined whether one of the determined speed values is too high.
  • Fig. 2 shows one of a plurality of drive motors M, which move the measuring device 22.
  • a power stage PS is provided for controlling the motor M.
  • a tachogenerator TG is combined with the motor M or with a shaft driven by the motor M, which depending on the rotational speed of the shaft and thus depending on the speed of the moving of the motor M measuring device 22 provides a tachometer signal, which is a measure of the Speed is.
  • the tacho signal is supplied on the one hand to the power stage PS (which may have regulators such as a current regulator and a speed controller) in order to carry out a regulation of the motor current according to a setpoint supplied to the power stage PS.
  • the power stage PS which may have regulators such as a current regulator and a speed controller
  • the desired speed (each separately with respect to the three coordinate axes) can be determined from position setpoints and additionally from information about the speed with which the measuring device 22 is to be moved in its current position.
  • An example of the use of position command values for controlling a coordinate measuring machine is known from EP 084 965 4.
  • the speed signal or a further processed signal derived therefrom are fed to the second detection device 34, which determines therefrom the speed of the measuring device 22.
  • the second detection device 34 determines therefrom the speed of the measuring device 22.
  • the actuator is in this Embodiment, a relay or a combination of relays with the associated control device.
  • the arrangement shown in Figure 3 reveals some details, such as one of the electric motors M of a coordinate measuring machine, z. B. the coordinate measuring device described with reference to Figures 1 and 2, 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 control signals 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. As current controller, speed controller and position controller.
  • 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. Furthermore, a speed signal generator TG is provided, which generates speed signals as a function of the movement of the electric motor and transmits them via a signal line SL to the power level PS. When the speed signal generator is z. B. a resolver or a rotary transformer with only one signal generator.
  • the power stage PS thus adjusts the motor current in the electrical connections C1, C2 (direct current) in accordance with the control signal applied to the control signal input S1 (for example an analog DC value in the range -10V to + 10V) and regulates the speed to the the control signal predetermined value, wherein the power level PS continuously or quasi continuously evaluates the speed signal generated by the tachometer signal generator.
  • 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 also has a signal output TS for transmitting the tacho signal to the speed monitoring device.
  • the tacho signal can also be transmitted directly from the tachogenerator TG to the speed monitor.
  • the coordinate measuring machine has a plurality of motors, it is preferable to provide in each case a copy of the arrangement shown in FIG. 2 for each of the electric motors.
  • the energy supply unit EV can be shared by all arrangements, for example.
  • the error signal generated by the speed monitor triggers the following process: A control signal is output to the power stage PS as soon as possible, causing the power stage PS to reverse the motor current (ie a motor current which actively brakes the motor).
  • both the relay R1 and the relay R2 are controlled via not shown in Figure 3 control lines to open both relays R1, R2.
  • both the PS power supply via electrical connections C3, C4) and the motor power line (electrical connections C1, C2) are interrupted.
  • KS 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. It is important to ensure that the short circuit is not established until the relay R1 is already open.
  • FIG. 4 shows an arrangement whose various possible ways of functioning will be discussed later.
  • the arrangement shows a computer PC, which has a data bus B or is connected to such a data bus. Furthermore, a plurality of microcontrollers MC are connected to the data bus.
  • FIG. 4 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. Alternatively, however, the same microcontroller may be provided for several or all electric motors.
  • the lower of the two microcontrollers MC shown is, for example, associated with a specific electric motor M, this electric motor M also being illustrated in FIG.
  • This microcontroller MC is connected via a signal connection SV with a power level PS, for example, the power level PS shown in Figure 3.
  • 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. 4 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 via the data bus B to the first switch SW1. To actuate this switch further elements can be provided which convert a corresponding control signal of the computer PC, which is transmitted via the data bus B, for actuating the switch SW1.
  • the computer PC is in any case capable of turning the switch SW1 on and off.
  • the computer PC determines during the monitoring of the speed (in a manner to be described in more detail) that the motor current must be interrupted, the computer PC turns off the switch SW1.
  • the microcontroller MC which is connected via the signal connection SV to the power level PS, is able to turn the second switch SW2 on and off.
  • 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. In this way, an additional security for the operation of the electric motor and the axis driven therefrom of the coordinate measuring machine can be achieved.
  • Both the computer PC and the microcontroller MC are, as already described with reference to FIG. 4, able to detect "emergency off measures" when a fault detected by the speed monitoring occurs. to take.
  • both devices individually and independently not only interrupt the motor current, but also take the additional measures described with reference to FIG. 3, namely the so-called intermediate circuit (electrical connections C3, C4 in Fig. 2) interrupt and short the motor.
  • the computer PC and the microcontroller MC thus each have their own shutdown path.
  • the microcontroller MC correspond, for example, to the second detection device shown in FIG. They determine the second value of the speed from the tacho signal of the respective linear axis or coordinate axis of the coordinate system.
  • the first determination device 32 can be realized by the computer PC, which thus determines the first value of the velocity from the measured values of the coordinate measuring system.
  • the microcontrollers can also be referred to as so-called slave microcontrollers, since they are in the hierarchy of the overall control of the coordinate measuring machine below the hierarchical level of the computer PC. Additional microcontrollers may be provided in the context of the coordinate measuring system, which are each assigned to a coordinate axis and supply the computer PC with the measured values for coordinate determination.
  • the first value of the speed and the second value of the speed are determined by the same speed-determining device, for example by the computer.
  • the first detection device also detects the speed signal in this case.
  • the microcontroller or the microcontroller can then be omitted or take on other tasks, eg. B. to monitor the health of the computer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die sichere Überwachung der Geschwindigkeit einer beweglichen Koordinatenmesseinrichtung (22). Ein erster Wert der Geschwindigkeit wird aus Messwerten des Koordinatenmesssystems (22, 24, 25, 26, 28) berechnet, wobei die Messwerte Informationen über Positionen der Koordinatenmesseinrichtung (22) aufweisen und wobei die Messwerte außerdem zur Bestimmung der Koordinaten eines Messobjekts verwendet werden. Ein zweiter Wert der Geschwindigkeit wird aus Messsignalen zumindest eines zusätzlichen Bewegungssensors (TG) ermittelt, wobei die Messsignale außerdem bei der Regelung einer Antriebseinrichtung (M) der Koordinatenmesseinrichtung (22) verwendet werden können. Ein Fehlersignal kann erzeugt werden, wenn der erste Wert und/oder der zweite Wert gemäß einem vordefinierten Kriterium voneinander, von einem Sollwert und/oder von einem Grenzwert abweichen.

Description

Sichere Überwachung der Geschwindigkeit bei Koordinatenmessgeräten
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sicheren Überwachen einer Geschwindigkeit einer beweglichen Koordinatenmesseinrichtung und betrifft ein Koordinatenmessgerät mit einer solchen Koordinatenmesseinrichtung, insbesondere einem Messkopf. Die Koordinatenmesseinrichtung ist z. B. in mehreren Richtungen linear verfahrbar.
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. Daher ist die Geschwindigkeit der Koordinatenmesseinrichtung auf sichere Weise, d.h. insbesondere sicher vor Fehlern, zu überwachen. Unter einer Überwachung wird insbesondere ein Vorgang verstanden, der über die Feststellung der Geschwindigkeit und Nutzung dieser Informationen für den normalen Betrieb des Koordinatenmessgeräts hinausgeht. Es handelt sich daher in diesem Sinne nicht um eine Überwachung, wenn die Geschwindigkeit festgestellt wird (z. B. durch Auswertung des Tachosignals) und die Information über die festgestellte Geschwindigkeit lediglich dafür verwendet wird (z. B. durch Vergleich mit einem Geschwindigkeitssollwert) die Geschwindigkeit einzustellen oder zu regeln. Vielmehr wird unter einer Überwachung verstanden, dass die Feststellung der Geschwindigkeit und/oder der normale Betrieb des Koordinatenmessgeräts überwacht wird/werden. Zu dem normalen Betrieb des Koordinatenmessgeräts gehört insbesondere lediglich der Teil des Betriebes, der für die Ermittlung der Koordinaten erforderlich ist, nicht aber der Teil des Betriebes, der den Betrieb sicher macht in dem Sinne, wie es in der Beschreibungseinleitung beschrieben wurde. Unter einer Überwachung wird insbesondere auch verstanden, dass die festgestellten Geschwindigkeiten zu einer Sicherungsmaßnahme führen, die über den normalen Betrieb des Koordinatenmessgeräts hinausgeht. Die Sicherungsmaßnahme ist z. B. die Erzeugung eines Fehlersignals und/oder Warnsignals.
Die DE 199 37 737 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum sicheren Überwachen der Drehbewegung einer Welle. In der Beschreibungseinleitung der Schrift wird ein so genannter Resolver als Drehbewegungssensor erwähnt. Bei dem Resolver handelt es sich um einen Drehtransformator, dessen Rotor mit der zu überwachenden Welle verbunden ist und dessen Stator zwei voneinander getrennte Wicklungen aufweist, die um einen Drehwinkel von 90° zueinander versetzt am Außenumfang der Welle angeordnet sind. Die beiden Statorwicklungen erhalten mittels der transformatorischen Kopplung ein Signal, das über die Rotorwicklung eingespeist wird. Die Signale am Ausgang der Statorwicklungen stellen ein erstes und ein zweites Signal dar, die jeweils den zeitlichen Verlauf der Drehwinkelposition eines ersten und eines zweiten Referenzpunktes der Welle repräsentieren.
In der DE 199 37 737 A1 wird vorgeschlagen, dass Auswertemittel einen Vergleicher beinhalten, mit dem Momentanwerte des ersten und zweiten Signals anhand einer vorgegebenen geometrischen Beziehung miteinander vergleichbar sind. Mit diesem Vergleicher wird unmittelbar nur die Winkelgeschwindigkeit bzw. die absolute Geschwindigkeit am Umfang der Welle überwacht.
In der Beschreibungseinleitung der Schrift wird ferner erwähnt, dass zusätzlich zu dem Resolver mindestens ein weiterer Drehbewegungssensor im Bereich der Welle angeordnet ist. Dies sei jedoch nur deshalb erforderlich, weil in den entsprechenden Anordnungen die Auswerteschaltungen nicht geeignet sind, auf Basis der Resolversignale eine sichere Überwachung von Drehbewegungen zu gewährleisten. Für die sichere Überwachung könnten sogar zwei voneinander getrennte Drehbewegungssensoren, beispielsweise Inkrementalgeber, verwendet werden. Diese dienten in der Regel allein der sicheren Überwachung der Drehbewegung der Welle. Der Resolver könne dagegen verwendet werden, um die Drehbewegung der Welle im Normalbetrieb zu regeln.
Die Kosten und der technische Aufwand für zusätzliche Bewegungssensoren sind hoch. Insbesondere müssen die Bewegungssensoren und die damit kombinierte Auswertungseinrichtung in jeglichen denkbaren Betriebssituationen zuverlässig und genau funktionieren.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren zum sicheren Überwachen der Geschwindigkeit eines Koordinatenmesssystems anzugeben, die es ermöglichen, die Kosten und den technischen Aufwand der Überwachung zu reduzieren.
Es wird vorgeschlagen, aus zwei verschiedenen, voneinander unabhängigen Signalquellen jeweils die Geschwindigkeit der Koordinatenmesseinrichtung zu berechnen und/oder zu ermitteln, wobei beide Signalquellen außerdem für den Betrieb des Koordinatenmessgerätes genutzt werden. Ein erster Wert der Geschwindigkeit wird insbesondere aus Messwerten des Koordinatenmesssystems berechnet. Für diesen Zweck weisen die Messwerte Informationen über Positionen der Koordinatenmesseinrichtung auf. Diese Informationen werden genutzt, um die Geschwindigkeit der Koordinatenmesseinrichtung zu berechnen, beispielsweise durch Ableitung der Position nach der Zeit.
Ein zweiter Wert der Geschwindigkeit wird insbesondere aus Messsignalen eines zusätzlichen (zusätzlich zu dem Koordinatenmesssystem vorhandenen) Bewegungssensors ermittelt. Die Messsignale des zusätzlichen Bewegungssensors werden außerdem bei der Regelung einer Antriebseinrichtung der Koordinatenmesseinrichtung verwendet. Beispielsweise kann, wie in DE 199 37 737 A1 beschrieben, ein Resolver oder ein Drehtransformator mit nur einem Signalgenerator als zusätzlicher Bewegungssensor verwendet werden.
Insbesondere wird ein Verfahren zum sicheren Überwachen einer Geschwindigkeit einer beweglichen Koordinatenmesseinrichtung vorgeschlagen, wobei die Koordinatenmesseinrichtung Teil eines Koordinatenmesssystems zur Bestimmung von Koordinaten von Messobjekten ist. Außerdem werden
(a) ein erster Wert der Geschwindigkeit aus Messwerten des Koordinatenmesssystems berechnet, wobei die Messwerte Informationen über Positionen der Koordinatenmesseinrichtung aufweisen und wobei die Messwerte außerdem zur Bestimmung der Koordinaten verwendet werden,
(b) ein zweiter Wert der Geschwindigkeit aus Messsignalen zumindest eines zusätzlichen Bewegungssensors ermittelt, wobei die Messsignale außerdem bei der Regelung einer Antriebseinrichtung der Koordinatenmesseinrichtung verwendet werden oder verwendet werden können, und
(c) ein Fehlersignal erzeugt, wenn der erste Wert und/oder der zweite Wert gemäß einem vordefinierten Kriterium voneinander, von einem Sollwert und/oder von einem Grenzwert abweichen.
Unter einer Koordinatenmesseinrichtung werden insbesondere alle beweglichen Teile des Koordinatenmesssystems verstanden, die zum Zweck der Bestimmung der Koordinaten des Messobjekts oder der Messobjekte bewegt werden. Bei einem Koordinatenmessgerät in Portalbauweise gehören dazu insbesondere der eigentliche Messkopf, aber auch die mit dem Messkopf mitbewegten Teile, nämlich z. B. die Brücke des Portals, ein relativ zu der Brücke beweglicher Schlitten und die Teile, die gemeinsam mit dem Messkopf relativ zu dem Schlitten beweglich sind. Daher können die verschiedenen Teile der Koordinatenmesseinrichtung unterschiedliche Geschwindigkeiten haben. Somit können dementsprechend verschiedene Geschwindigkeiten oder lediglich einzelne Teile der Koordinatenmesseinrichtung hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit überwacht werden. Alternativ oder zusätzlich können z. B. verschiedene Geschwindigkeitskomponenten der Geschwindigkeit eines Teils oder der gesamten Einrichtung überwacht werden.
Unter einem Fehlersignal wird insbesondere ein Signal verstanden, das bei Erfüllung des vordefinierten Kriteriums, d. h. bei Auftreten des Fehlers, automatisch erzeugt wird. Die Bedeutung und/oder Ursache des Fehlers kann dabei unterschiedlicher Art sein. Beispielsweise kann ein Fehler des zusätzlichen Bewegungssensors und/oder bei der Verarbeitung der von dem Bewegungssensor gelieferten Messsignale vorliegen. Insbesondere kann ein integrierter Schaltkreis ausgefallen sein. Es kann sich jedoch auch um einen Fehler einer Software handeln, die z. B. in bestimmten Betriebsituationen falsche Ergebnisse für den ersten oder zweiten Wert der Geschwindigkeit liefert. Das Fehlersignal kann z. B. zur Anzeige gebracht werden und/oder automatisch einen Eingriff in den Betrieb des Koordinatenmessgeräts auslösen. Z. B. kann es sich daher bei dem Fehlersignal um einen Abschaltsignal handeln. Aus Gründen des Gerätesschutzes und/oder des Personenschutzes ist es i. d. R. erforderlich, alle Antriebe der Koordinatenmesseinrichtung zu stoppen, wenn auch nur einer der auf verschiedene Weise ermittelten Geschwindigkeitswerte auf das Vorliegen eines Fehlers hindeutet.
Insbesondere können der erste Wert und der zweite Wert jeweils wiederholt aktualisiert werden und kann das vordefinierte Kriterium wiederholt jeweils auf die aktualisierten Werte angewendet werden.
Das vordefinierte Kriterium kann ebenfalls verschiedener Art sein. Weichen z. B. die beiden Werte zu einem bestimmten Zeitpunkt oder über einen definierten Zeitraum hinweg um mehr als einen vorgegebenen Grenzwert voneinander ab, kann das Fehlersignal erzeugt werden. In diesem Fall ist zu vermuten, dass eine der beiden Teil-Prozeduren (entweder zur Ermittlung des ersten Werts der Geschwindigkeit oder zur Ermittlung des zweiten Werts der Geschwindigkeit) fehlerhaft ist.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Maximalwert der maximal zulässigen Geschwindigkeit vorgegeben werden. Beispielsweise wird der Maximalwert im Laufe der Zeit verändert, insbesondere abhängig von dem Betriebszustand, von Signalen/Zuständen von Schutzeinrichtungen wie z. B. Lichtschranken und/oder Trittmatten, von einer Sollwertvorgabe und/oder von dem örtlichen Bereich, in dem sich die Koordinatenmesseinrichtung befindet. Dabei kann es erlaubt sein, dass bei einer Reduktion des Maximalwerts für eine Übergangszeit noch der alte, höhere Maximalwert gilt, der auf Grund der Trägheit für die Abbremsung der Koordinatenmesseinrichtung benötigt wird. Ein Fehler liegt insbesondere dann vor, wenn auch nur einer der ermittelten Geschwindigkeitswerte den Maximalwert erreicht oder überschreitet.
Vorzugsweise wird das Fehlersignal generiert, wenn einer der Geschwindigkeitswerte den Maximalwert kontinuierlich über ein Zeitintervall vorgegebener Länge hinweg erreicht und/oder überschreitet. Alternativ oder zusätzlich kann bei der Feststellung, ob der Maximalwert erreicht und/oder überschritten ist, jeweils ein geglätteter Geschwindigkeitswert verwendet werden, der durch Glättung von zeitlichen Schwankungen des zunächst ermittelten bzw. berechneten Wertes erhalten wird. In beiden Fällen kann hierdurch sichergestellt werden, dass eine sehr kurzzeitige (insbesondere durch einen vorübergehenden Messfehler verursachte) Überschreitung oder das sehr kurzzeitige Erreichen des Maximalwertes noch keine Auswirkungen auf den Betrieb des Koordinatenmessgeräts haben.
Ferner kann in das Kriterium auch ein Sollwert der Geschwindigkeit miteinbezogen werden, der z. B. von einem Steuerungs-Programm vorgegeben wird. Liegt der erste Wert der Geschwindigkeit oder der zweite Wert der Geschwindigkeit signifikant über dem Sollwert ist ebenfalls auf einen Fehler zu schließen. Bei fehlerfreiem Betrieb dient der zusätzliche Bewegungssensor der Antriebseinrichtung insbesondere dazu, die tatsächliche Geschwindigkeit auf den Sollwert zu regeln. Alle in dieser Beschreibung auf "die Geschwindigkeit" bezogenen Aussagen und/oder Verfahrensmerkmale können jeweils separat für einzelne Geschwindigkeitskomponenten (z. B. in x-, y- und z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems) gelten. Insbesondere kann die sichere Überwachung der Geschwindigkeit jeweils separat und unabhängig voneinander für die verschiedenen Antriebseinrichtungen eines Koordinatenmesssystems bzw. Bewegungskomponenten (z. B. in x-, y- und z-Richtung des Koordinatensystems) ausgeführt sein, wobei jede der Antriebseinrichtungen die Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung entlang einer von mehreren unabhängigen Koordinatenachsen steuert.
Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Elektromotoren vorgesehen, die gemeinsam die Gesamt-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. Insbesondere können die drei Geschwindigkeitskomponenten der drei Linearbewegungen überwacht werden. Dies schließt den Fall mit ein, dass zur Erzeugung zumindest einer der Bewegungskomponenten (z. B. einer der drei Linearbewegungen) mehr als ein Elektromotor verwendet wird. In diesem Fall kann die Geschwindigkeit der Elektromotoren für dieselbe Bewegungskomponente unabhängig voneinander überwacht werden, gemeinsam überwacht werden (beispielsweise durch Bildung eines Mittelwerts der Geschwindigkeiten) oder es wird nur einer der Elektromotoren überwacht.
Die eindeutige Zuordnung der Elektromotoren zu den Bewegungskomponenten schließt auch den Fall mit ein, dass die von den einzelnen Elektromotoren erzeugten Bewegungen kinematisch gekoppelt sind. In diesem Fall kann der zweite Wert der Geschwindigkeit aus Messsignalen einer Mehrzahl der zusätzlichen Bewegungssensoren ermittelt werden. Beispielsweise sind die Bewegungen eines ersten Elektromotors und eines zweiten Elektromotors derart kinematisch gekoppelt, dass die Bewegung des ersten Elektromotors nur mit einem Faktor kleiner als eins multipliziert zu der kombinierten Bewegung beiträgt, während die Bewegung des zweiten Elektromotors eins zu eins (oder alternativ mit einem anderen Faktor multipliziert) zu der kombinierten Bewegung beiträgt.
Die Bestimmung von Koordinaten in einem Koordinatensystem ist nicht auf kartesische Koordinaten beschränkt. 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 kann die Koordinatenmesseinrichtung einen mechanischen Sensor und/oder einen optischen Sensor aufweisen.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Signale aus dem normalen Betrieb des Koordinatenmessgerätes für die sichere Überwachung der Geschwindigkeit genutzt werden, wobei zumindest teilweise auch eine hochgenaue Auswertung dieser Signale mitgenutzt werden kann. So ist die Bestimmung der Koordinaten von Messobjekten bei Koordinatenmessgeräten in der Regel hochgenau. Daher kann auch ein genauer Geschwindigkeitswert ermittelt werden. Um die Genauigkeit bei der Berechnung der Geschwindigkeit zu erhöhen, kann das Koordinatenmessgerät einen hochgenauen Zeitsignalgenerator aufweisen, der die Zeitbasis für die Ableitung nach der Zeit liefert. Auch die bei modernen Koordinatenmessgeräten vorhandene Abtastrate bei der Erfassung der Messwerte für die Koordinatenbestimmung ist so hoch, dass auch die Geschwindigkeitsberechnung sehr genau ausgestaltet werden kann.
Zum Umfang der vorliegenden Erfindung gehört auch ein Koordinatenmessgerät, das Folgendes aufweist: (a) ein Koordinatenmesssystem zur Bestimmung von Koordinaten von Messobjekten mit einer Koordinatenmesseinrichtung, insbesondere ein Messkopf, die angetrieben durch zumindest eine Antriebseinrichtung zumindest in einer Richtung verfahrbar ist,
(b) eine Auswertungseinrichtung des Koordinatenmesssystems, die ausgestaltet ist, aus Messwerten, die Informationen über Positionen der Koordinatenmesseinrichtung aufweisen, die Koordinaten zu bestimmen,
(c) eine Antriebs-Regelungseinrichtung mit einem Bewegungssensor, der Messsignale einer Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung erzeugt, die von der Antriebs-Regelungseinrichtung zur Regelung der Antriebseinrichtung der Koordinatenmesseinrichtung verwendet werden,
(d) eine Überwachungseinrichtung zum sicheren Überwachen einer Geschwindigkeit der Koordinatenmesseinrichtung,
(e) eine erste Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung der Überwachungseinrichtung, die mit dem Koordinatenmesssystem verbunden ist und ausgestaltet ist, einen ersten Wert der Geschwindigkeit aus Messwerten des Koordinatenmesssystems zu berechnen, und
(f) eine zweite Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung der Überwachungseinrichtung, die mit dem Bewegungssensor verbunden ist- und ausgestaltet ist, einen zweiten Wert der Geschwindigkeit aus den Messsignalen des zusätzlichen Bewegungssensors zu ermitteln.
Das Koordinatenmessgerät kann außerdem eine Einrichtung zum Feststellen eines Überstromes aufweisen, d. h. eines Stromes zum Versorgen der Antriebseinrichtung oder eines Teils der Antriebseinrichtung, der höher als ein erwarteter Wert oder Maximalwert ist. Falls der festgestellte Strom den erwarteten Wert oder den Maximalwert erreicht oder überschreitet, können ebenfalls geeignete Schutzmaßnahmen ergriffen werden (z. B. Abschalten des oder der Antriebe).
Bei der Überwachungseinrichtung kann es sich auch um einen Gegenstand oder um eine Anordnung handeln, die eine von dem Koordinatenmessgerät separate Einheit bildet. Beispielsweise kann ein vorhandenes Koordinatenmessgerät mit einer solchen Überwachungseinrichtung nachgerüstet werden. Insbesondere kann die erste Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung einen ersten Mikrocomputer aufweisen und kann die zweite Geschwindigkeits- Ermittlungseinrichtung einen zusätzlichen, zweiten Mikrocomputer aufweisen. Ferner können die erste Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung und die zweite Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung jeweils mit einer Abschalteinrichtung zum Abschalten einer Stromversorgung der Antriebseinrichtung verbunden sein. Durch die Nutzung von verschiedenen Mikrocomputern wird die Sicherheit der Überwachung weiter erhöht. Nicht nur werden verschiedene Messsignale zur Berechnung des ersten und des zweiten Wertes der Geschwindigkeit genutzt. Außerdem findet die Berechnung der Geschwindigkeitswerte bzw. Ermittlung der Geschwindigkeitswerte in verschiedenen Bauelementen statt.
Einer der beiden Mikrocomputer kann außerdem der Steuerung des Betriebs des Koordinatenmessgerätes dienen, insbesondere der erste Mikrocomputer. In der Praxis stellt dies eine mit geringem Zusatzaufwand zu realisierende Ausführungsform dar, weil der ohnehin vorhandene Steuerungsrechner lediglich so programmiert bzw. ausgestaltet werden muss, dass er aus den Koordinaten auch die Geschwindigkeit berechnet. Ferner muss lediglich ein zusätzlicher, zweiter Mikrocomputer vorgesehen werden oder ein solcher bereits vorhandener entsprechend ausgestaltet werden, um aus den von dem Bewegungssensor erzeugten Signalen den zweiten Wert der Geschwindigkeit zu berechnen.
Bezüglich weiterer Vorteile und weiterer möglicher Ausgestaltungen des Koordinatenmessgerätes wird auf die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
Figur 1 ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise, Figur 2 schematisch eine Anordnung, die Baugruppen zur Verarbeitung von
Signalen beim Betrieb eines Koordinatenmessgeräts aufweist,
Figur 3 schematisch eine Anordnung mit einer Leistungsstufe (Endstufe), von der ein Elektromotor mit Motorstrom versorgt wird, und
Figur 4 schematisch eine Anordnung mit einem Computer und zumindest einem MikroController.
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
I l Querträgers 4 und oberhalb des Messtisches 1 verfahren werden, der in dem durch die Säulen 2, 3 definierten Zwischenraum liegt.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Messeinrichtung 22, die bewegt werden kann, um durch Bestimmung einer Position der Messeinrichtung 22 (z.B. der Position eines Tastelementes) Koordinaten eines Messobjekts zu ermitteln. Die Messeinrichtung 22 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel bezüglich dreier, voneinander unabhängiger Linearachsen beweglich. Jede der drei Linearachsen weist einen Inkrementalmaßstab 24 auf. Die Bestimmung der Position der Messeinrichtung 22 bezüglich eines solchen Inkrementalmaßstabes ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt (z. B. magnetische oder fotoelektrische Abtastung). Beispielsweise kann die Position wie in der DE 43 03 162 beschrieben unter Verwendung eines inkrementalen fotoelektrischen Messsystems ermittelt werden. Ein Messsystem, das ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung der Koordinaten bzw. Positionen eingesetzt werden kann, ist in der WO 87/07944 beschrieben. Es kann ein interferentielles Messprinzip angewendet werden.
Mit dem Bezugszeichen 25 ist in Fig. 2 ein entsprechender Signalgeber bezeichnet, der gemäß der aktuellen Position der Messeinrichtung 22 unter Verwendung des Inkrementalmaßstabes 24 ein Positionssignal erzeugt, welches von einem nachgeschalteten Interpolator 26 weiter verarbeitet wird. Der Interpolator 26 liefert auch für Positionen zwischen den Markierungen des Inkrementalmaßstabes 24 gültige Werte, die von einer nachgeschalteten Koordinatenermittlungseinrichtung 28 verwertet werden können.
Die von der Koordinatenermittlungseinrichtung 28 ermittelten Koordinaten (die insbesondere in dem Koordinatensystem der Inkrementalmaßstäbe 24 definiert sind) werden einer ersten Ermittlungseinrichtung 32 zur Ermittlung der Geschwindigkeit der Messeinrichtung 22 zugeführt. Die Ermittlung der Geschwindigkeit erfolgt jeweils durch Bildung der zeitlichen Ableitung der einzelnen Koordinaten nach der Zeit.
Ferner kann die erste Ermittlungseinrichtung 32 (wie auch eine noch zu beschreibende zweite Ermittlungseinrichtung 34) ausgestaltet sein, gemäß dem vordefinierten Kriterium festzustellen, ob ein Fehler vorliegt bzw. ob das Kriterium erfüllt ist. Insbesondere kann festgestellt werden, ob einer der ermittelten Geschwindigkeitswerte zu hoch ist.
Außerdem zeigt Fig. 2 einen von mehreren Antriebsmotoren M, die die Messeinrichtung 22 bewegen. Zur Steuerung des Motors M ist eine Leistungsstufe PS vorgesehen. Ferner ist mit dem Motor M oder mit einer von dem Motor M angetriebenen Welle ein Tachogenerator TG kombiniert, der abhängig von der Drehgeschwindigkeit der Welle und damit abhängig von der Geschwindigkeit der von dem Motor M bewegten Messeinrichtung 22 ein Tachosignal liefert, das ein Maß für die Geschwindigkeit ist. Das Tachosignal wird einerseits der Leistungsstufe PS (die Regler wie einen Stromregler und einen Drehzahlregler aufweisen kann) zugeführt, um eine Regelung der des Motorstroms gemäß einem der Leistungsstufe PS zugeführten Sollwert durchzuführen. Auf ein Ausführungsbeispiel der Motorregelung wird anhand von Fig. 3 noch eingegangen.
Die Sollgeschwindigkeit (jeweils separat bezüglich der drei Koordinatenachsen) kann aus Lagesollwerten bestimmt werden und zusätzlich aus Informationen darüber, mit welcher Geschwindigkeit die Messeinrichtung 22 in ihrer aktuellen Position verfahren werden soll. Ein Beispiel für die Nutzung von Lagesollwerten zur Steuerung eines Koordinatenmessgerätes ist aus der EP 084 965 4 bekannt.
Das Tachosignal oder ein davon abgeleitetes, weiterverarbeitetes Signal werden der zweiten Ermittlungseinrichtung 34 zugeführt, die daraus die Geschwindigkeit der Messeinrichtung 22 ermittelt. Dabei können z.B. auch verschiedene Getriebestufen eines in Fig. 2 nicht dargestellten, zwischen dem Motor M und der Messeinrichtung 22 angeordneten Getriebes berücksichtigt werden.
Erzeugt zumindest eine der Ermittlungseinrichtungen 32, 34 ein Fehlersignal, wird dieses einer Stelleinrichtung 36 zugeführt, die automatisch entsprechende Maßnahmen einleitet. Auf ein Ausführungsbeispiel für derartige Maßnahmen wird noch anhand von Fig. 4 eingegangen. Die Stelleinrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Relais oder eine Kombination von Relais mit der zugehörigen Steuereinrichtung.
Die in Figur 3 dargestellte Anordnung lässt einige Details erkennen, wie einer der Elektromotoren M eines Koordinatenmessgeräts, z. B. des anhand von Figuren 1 und 2 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 Steuersignale empfängt. Entsprechend den Steuersignalen 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. Femer 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 Resolver oder um einen Drehtransformator mit nur einem Signalgenerator.
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 die Geschwindigkeit auf den durch das Steuersignal vorgegebenen Wert, wobei die Leistungsstufe PS das von dem Tachosignalgeber erzeugte Tachosignal kontinuierlich oder quasi kontinuierlich auswertet.
Gemäß der hier beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Leistungsstufe PS außerdem eine Signalausgang TS zur Übertragung des Tachosignals zu der Geschwindigkeits-Überwachungseinrichtung auf. Das Tachosignal kann jedoch auch direkt von dem Tachosignalgeber TG zu der Geschwindigkeits-Überwachungseinrichtung übertragen werden.
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.
Bevorzugtermaßen löst das von der Geschwindigkeits-Überwachung erzeugte Fehlersignal folgenden Prozess aus: Es wird schnellstmöglich ein Steuersignal an die Leistungsstufe PS ausgegeben, das die Leistungsstufe PS zur Umkehrung des Motorstroms veranlasst (d. h. ein Motorstrom, der den Motor aktiv bremst). Außerdem werden über nicht in Figur 3 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.
Figur 4 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 4 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. Alternativ kann aber auch derselbe Mikrocontroller für mehrere oder alle Elektromotoren vorgesehen sein.
Der untere der beiden dargestellten Mikrocontroller MC ist beispielsweise einem bestimmten Elektromotor M zugeordnet, wobei dieser Elektromotor M ebenfalls in Figur 4 dargestellt ist. Dieser Mikrocontroller MC ist über eine Signalverbindung SV mit einer Leistungsstufe PS verbunden, beispielsweise der in Figur 3 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 4 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 4 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 der Geschwindigkeit (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 MC, 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 4 sind vorzugsweise zumindest zwei verschiedene Steuereinrichtungen vorgesehen, die den Motorstrom unabhängig voneinander unterbrechen können. Hierdurch kann eine zusätzliche Sicherheit für den Betrieb des Elektromotors und der davon angetriebenen Achse des Koordinatenmessgeräts erzielt werden.
Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen betreffen die Anordnung gemäß Fig. 4. Sowohl der Computer PC als auch der Mikrocontroller MC sind wie bereits anhand von Fig. 4 beschrieben in der Lage, beim Auftreten eines durch die Geschwindigkeits-Überwachung detektierten Fehlers "Notaus-Maßnahmen" zu ergreifen. Hierzu können beide Einrichtungen einzeln und unabhängig voneinander nicht nur den Motorstrom unterbrechen, sondern auch zusätzlich die anhand von Fig. 3 beschriebenen Maßnahmen ergreifen, nämlich den so genannten Zwischenkreis (elektrische Verbindungen C3, C4 in Fig. 2) unterbrechen und den Motor kurzschließen. Der Computer PC und die MikroController MC verfügen somit jeweils über einen eigenen Abschaltpfad. Die Mikrocontroller MC entsprechen beispielsweise der in Fig. 2 dargestellten zweiten Ermittlungseinrichtung. Sie ermitteln den zweiten Wert der Geschwindigkeit aus dem Tachosignal der jeweiligen Linearachse bzw. Koordinatenachse des Koordinatensystems. Die erste Ermittlungseinrichtung 32 gemäß Fig. 2 kann durch den Computer PC realisiert sein, der somit den ersten Wert der Geschwindigkeit aus den Messwerten des Koordinatenmesssystems ermittelt. Die Mikrocontroller können auch als so genannte Slave-Mikrocontroller bezeichnet werden, da sie in der Hierarchie der Gesamtsteuerung des Koordinatenmessgerätes unter der Hierarchieebene des Computers PC stehen. Es können weitere Mikrocontroller im Rahmen des Koordinatenmesssystems vorgesehen sein, die jeweils einer Koordinatenachse zugeordnet sind und den Computer PC mit den Messwerten zur Koordinatenbestimmung versorgen.
Generell besteht bei der Erfindung jedoch auch die Möglichkeit, dass der erste Wert der Geschwindigkeit und der zweite Wert der Geschwindigkeit durch dieselbe Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung ermittelt werden, beispielsweise durch den Computer. Die erste Ermittlungseinrichtung erfasst in diesem Fall auch das Tachosignal. Der oder die Mikrocontroller können dann weggelassen werden oder andere Aufgaben übernehmen, z. B. die Funktionstüchtigkeit des Computers zu überwachen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum sicheren Überwachen einer Geschwindigkeit einer beweglichen Koordinatenmesseinrichtung (22), wobei die Koordinatenmesseinrichtung (22) Teil eines Koordinatenmesssystems (22, 24, 25, 26, 28) zur Bestimmung von Koordinaten von Messobjekten ist, dadurch gekennzeichnet, dass
(a) ein erster Wert der Geschwindigkeit aus Messwerten des Koordinatenmesssystems (22, 24, 25, 26, 28) berechnet wird, wobei die Messwerte Informationen über Positionen der Koordinatenmesseinrichtung (22) aufweisen und wobei die Messwerte außerdem zur Bestimmung der Koordinaten verwendet werden,
(b) ein zweiter Wert der Geschwindigkeit aus Messsignalen zumindest eines zusätzlichen Bewegungssensors (TG) ermittelt wird, wobei die Messsignale außerdem bei der Regelung einer Antriebseinrichtung (M) der Koordinatenmesseinrichtung (22) verwendet werden oder verwendet werden können, und
(c) ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn der erste Wert und/oder der zweite Wert gemäß einem vordefinierten Kriterium voneinander, von einem Sollwert und/oder von einem Grenzwert abweichen.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Wert und der zweite Wert jeweils wiederholt aktualisiert werden und das vordefinierte Kriterium wiederholt jeweils auf die aktualisierten Werte angewendet wird.
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei geprüft wird, ob der erste Wert und/oder der zweite Wert größer als ein vordefinierter Maximalwert sind, und wobei der Maximalwert im Laufe der Zeit verändert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Geschwindigkeit eine von anderen Geschwindigkeitskomponenten unabhängig ermittelbare Geschwindigkeitskomponente ist, insbesondere eine auf x-, y- und z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems bezogene Geschwindigkeitskomponente, und wobei mehrere oder alle Geschwindigkeitskomponenten gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche überwacht werden.
5. Koordinatenmessgerät (11 ), das Folgendes aufweist:
(a) ein Koordinatenmesssystem (22, 24, 25, 26, 28) zur Bestimmung von Koordinaten von Messobjekten mit einer Koordinatenmesseinrichtung (22), insbesondere mit einem Messkopf, die angetrieben durch zumindest eine Antriebseinrichtung (M) zumindest in einer Richtung verfahrbar ist,
(b) eine Auswertungseinrichtung (24, 25, 26, 28) des Koordinatenmesssystems (22, 24, 25, 26, 28), die ausgestaltet ist, aus Messwerten, die Informationen über Positionen der Koordinatenmesseinrichtung (22) aufweisen, die Koordinaten zu bestimmen,
(c) eine Antriebs-Regelungseinrichtung (PS, TG) mit einem zusätzlichen Bewegungssensor (TG), der Messsignale einer Bewegung der Koordinatenmesseinrichtung (22) erzeugt, die von der Antriebs- Regelungseinrichtung (PS, TG) zur Regelung der Antriebseinrichtung (M) der Koordinatenmesseinrichtung (22) verwendet werden,
(d) eine Überwachungseinrichtung (32, 34) zum sicheren Überwachen einer Geschwindigkeit der Koordinatenmesseinrichtung (22),
(e) eine erste Geschwindigkeits-Errnittlungseinrichtung (32) der Überwachungseinrichtung (32, 34), die mit dem Koordinatenmesssystem (22, 24, 25, 26, 28) verbunden ist und ausgestaltet ist, einen ersten Wert der Geschwindigkeit aus Messwerten des Koordinatenmesssystems (22) zu berechnen, und
(f) eine zweite Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung (34) der Überwachungseinrichtung (32, 34), die mit dem Bewegungssensor verbunden ist und ausgestaltet ist, einen zweiten Wert der Geschwindigkeit aus den Messsignalen des zusätzlichen Bewegungssensors (TG) zu ermitteln.
6. Koordinatenmessgerät nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung (32) einen ersten Mikrocomputer aufweist, wobei die zweite Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung (34) einen zusätzlichen, zweiten Mikrocomputer (MC) aufweist und wobei die erste Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung (32) und die zweite Geschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung (34) jeweils mit einer Abschalteinrichtung (SW1 , SW2) zum Abschalten einer Stromversorgung der Antriebseinrichtung verbunden sind.
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