WO2015158501A1 - Koordinatenmessgerät und verfahren zum betrieb eines koordinatenmessgerätes - Google Patents

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WO2015158501A1
WO2015158501A1 PCT/EP2015/056146 EP2015056146W WO2015158501A1 WO 2015158501 A1 WO2015158501 A1 WO 2015158501A1 EP 2015056146 W EP2015056146 W EP 2015056146W WO 2015158501 A1 WO2015158501 A1 WO 2015158501A1
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measuring
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controller
proportionality factor
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Günter Grupp
Ralf Bernhardt
Klaus Bendzulla
Gerd Moser
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Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
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Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
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    • G05B19/401—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37193—Multicoordinate measuring system, machine, cmm

Definitions

  • the invention relates to a. coordinate measuring device with a Maschinenstöckholzlage for storage of a. measuring workpiece, a mechanism for moving a sensor in at least a first Koordmatenrichtimg and a perpendicular thereto, second Koordina.temich.ton.g.
  • the mechanism comprises a first measuring slide along two parallel.
  • the mechanism further comprises a second measuring member movably guided along the first measuring center in the second coordinate direction, the second measuring slide. a position measuring system. is assigned, via which the position of the second measuring carriage relative to the first.
  • the coordinate measuring machine furthermore comprises a control which actuates at least the first drive and the second drive.
  • the invention further relates to a method for operating a Koerdinatenmess expertss, in the above-described. Art is built.
  • the sensor with which the surface of the workpiece is scanned, will use a portal mechanism in the three mutually perpendicular coordinate directions x, z, y to process relative to the workpiece to be measured.
  • this mechanism comprises a first measuring slide in the form of a portal, which the. Spanned measuring table and which on two, laterally, of the measuring table arranged parallel guides movable in a first. oordinateiiiichtung is guided.
  • This first measuring gantry (portal) is driven by a first drive which drives this first measuring means along a first guide of these guides and driven by a second drive which drives the first measuring slide along the second guide of these two guides.
  • a second measuring carriage Along the traverse of this first measuring carriage, which spans the measuring table horizontally, is a second measuring carriage in a second measuring carriage in a second
  • Assigned position measuring system in the form of a scale and an associated scale sensor, via which the position of the second measuring carriage relative to the first measuring carriage can be determined.
  • this coordinate measuring machine has a control with which the said first drive and the second drive can be controlled.
  • control of the first and the second drive of said first measuring carriage takes place with a multi-stage control loop.
  • the control circuit of both drives in this case comprises a common use
  • Position controller whose output is connected to a controller called a synchronous controller.
  • This synchronous controller comprises two separate speed controllers, wherein the output of the first speed controller is connected to the input of the first drive control loop and the output of the second speed controller is connected to the input of the second drive control loop.
  • the position controller is a standard position controller for a movement axis, which does not regulate the position of the portal along the axis of movement of only one drive, but rather along a fictitious drive axis, in the middle between the two axes of movement of the two drives for the first measuring slide lies.
  • the mechanism for measuring the position of the first measuring carriage has two position measuring systems, wherein position measuring values of the first measuring carriage relative to the first guide are determined via a first of these position measuring systems and via the second position measuring system
  • Position measured values of the first measuring carriage are determined relative to the second guide. From these first position measured values of the first measuring carriage and the second
  • Reference variable for the position controller is a nominal position.
  • the output of the position controller is used as the reference variable for both speed controllers of the speed controller
  • the Geschwincligkeiverregler is a
  • the speed of the first drive and of the second drive results on the one hand, and on the other hand, on the one hand, the difficulty of braking itself, and the simple time derivation of this
  • the median sign is done, i. at a speed controller who throws
  • the two. Speed controller deliver as output then. Tolerance for the. Drive control circuit of the first drive and for the drive drive circuit of the second drive for. Driving the said first essay carriage,
  • Torque compensated be that at a. Drive the first .Messschlittens would occur with only one drive on only one side of the first MessscMittens. However, with the control shown compensation of these torques is possible only very insufficient. This has different causes ... Firstly, during a movement of the second measuring instrument in the second coordinate mode, the weft point of the entire mechanism shifts, in the said first oordinaienrichtang. This leads to changed
  • Dracksdmft are not taken into account. Furthermore, the above-mentioned regulator can only react to resulting torques which result from the forces of the first and the second drive when the first torque is due to the resulting torque Measuring slide already rotated about the vertical to the first and second Kootdinatenrichtuiig standing axis of rotation.
  • the patent application therefore has the object, a coordinate meter of the aforementioned.
  • Specify type as well as a corresponding method for operating such a Koordirmtenmess expertss, with the reliably such resulting torques of the mechanism about an axis perpendicular to the first
  • the task is performed by a coordinate measuring machine with the. Characteristics of the independent
  • Claim 1 solved and solved by a corresponding method with all features of the independent claim 15.
  • the peculiarity of the solution according to the invention is to be seen in the fact that the control comprises a force precalibration, which depends on the detected.
  • Such a measure has a number of special advantages, By providing a rafivorsteuening such »that the torques, which are related by the acceleration of the réelleai measuring carriage by the first drive and by the second. Drive, on a rotation axis perpendicular to the first and the second Koordin.atenrieh.tang is, at least partially or even completely compensate, it can be ensured that in this way compensates torques or even avoided completely 'are, which otherwise result without such raftvor Tavernung would.
  • the force pilot control may in particular comprise the first, and / or the second drive. Actuate drive proportional to the acceleration to be set. If the power control unit activates both the first drive and the second drive, this results in the particular advantage that the remaining controllers in the respective. Control circuit only, very small proportions to those of. contribute to the forces to be driven. In Meaifall, the force pilot control the first. Drive and the second drive then so good that the remaining controllers are only there to correct small deviations.
  • control comprises a force feedforward, which depends on the detected position of the wide measuring slide and in dependence on a
  • the first Meßschiitten s a control of the first drive and or the second drive so causes the
  • the control comprises a force precontrol, which is dependent on the detected position of the second measuring slide and in dependence on a
  • Messschiittens a control of the first. Drive and or the second drive causes.
  • the senor can be completely, different sensors.
  • the sensor may be a tactile sensor. This could be, then a measuring
  • the sensor can also be an optical sensor.
  • Such an optical sensor could be a Digitalksmera. » Which averages the contours of the workpiece on the basis of the camera image.
  • a standard optical sensor could as well.
  • Triangulationssensor which projects a LicMmusta- on the Maschinensliickobeiflädie and the Lichtaiuster at a given angle with an ocular camera
  • Port-coordinate measuring devices are known in which the first measuring carriage is designed in the form of a port which spans the workpiece support in a central region.
  • the columns of such portal-like measuring carriages rest, usually on two guides, which are fastened to the Koo inatenmessgerSt at the side of the workpiece support.
  • mixed forms of the described measuring carriages are just as possible. For example, only one of the two. Guides, be elevated, while the other guide is arranged in the area of the workpiece support.
  • the guides may of course be very different guides, which are well known in the art. Frequently used are so-called
  • the position of a measuring module in a spindle drive can be determined from the
  • Scales in particular inkjfemental awkwardstabe with associated reading sensors (for example, optical, magnetic, capacitive, etc.) used.
  • controls are also conceivable as controls.
  • a controller could be constructed as an analog control loop. In however the far prevailing. Number of cases of today's controls, one gets one or more micro-wowors
  • controllers are stored as digital software, in particular also, said force before control, which depends on the detected position of the second
  • said first force pilot control value this may be be a current value is switched to the Stramregler a first Aiitriebsregeifcrelses and or the second 'Kraftvorateuenmgswext ran act a current value "of the. Current regulator of the second AniTiebsregelnikes is switched off. Since the torque and thus the Merdiirch generated force in many electric motors is proportional to the current that is impressed in the respective electric motor of the drive, this can easily the desired force on the. respective. Drive to be set.
  • said first Kraftvor facedungswert and the second raftvorsten not necessarily be a Stromwert anywhere "In fact, it may of course be any other size, such as a. Divided torque of the drive, an auxiliary force, of the drive or a set speed of the drive.
  • the raftvor TavernUigshim preferably the first Kraftvoir Kunststoffangswert from the product of the target acceleration with a first. Determine piPositionality factor ⁇ and / or the second force precontrol value from your product of the desired perturbation with a second proportionality factor emdtteki.
  • the first proportionality factor and / or the second proportionality factor depends on the respective position of the second measuring carriage in the second coordinate refinement, the first proportionality factor and / or the second proportionality factor can be determined as follows.
  • the first proportionality factor may take the form of the first proportionality factor
  • the second measuring carriage and be stored in the form of the first proportionality factor associated second fixed value for a second position, the second measuring carriage, wherein the first
  • Proportionality factor using the current position of the second measuring carriage through, linear interpolation or linear extrapolation from the first fixed value associated with the first fixed value for the first position and the first
  • the second proportionality factor may be stored in the form of a first fixed value for a first position of the second measuring carriage assigned to the second proportionality analyzer and stored in the form of a second, fixed value for a second position of the second measuring slide
  • Proportionality factor 'associated first fixed value for the first position and the second proportionality factor associated second fixed value for the second position is determined.
  • the first proportionality factor and / or the second can be
  • the second measuring carriage may start at first in the second coordinate scan. a first end of the first. Messscblittens be positioned and for this first position, for example by. empirically trying out the first proportionality factor and / or the second one
  • Proportionality factor can be determined and stored in the form of first, fixed values for this first position of the second Meßschliitens ..
  • the Au.ftrete.ri of moments can be determined by comparing first scale values, the position of the first. Measuring slide in the first coordinate direction along the first guide represent with second scale values representing the position of the first Meßschliitens in the first coordinate direction along the second guide. Instead of the said difference of the first and the second. Scale values of the first measuring slide can
  • Torques but also be determined in other ways.
  • a respective acceleration sensor can be fastened and the difference between the two
  • Acceleration sensors the respective torque can be determined.
  • the second measuring slide is then in the second. Coordinate alignment at the opposite end of the first.
  • the first proportionality factor and / or the second proportionality factor are again empirically determined for this position and stored in the form of second fixed values.
  • a first proportionality factor and / or a second proportionality factor " a linear interpolation can simply be applied ", as will be explained in more detail with reference to the figure.
  • the first Antriebsregeifa-ice of the first drive should in this case be part of a first control loop » additionally having a first position controller and a first Gesciwindtechniksregier, wherein the Fschreibiingsgi dealte the first
  • Speed controller is formed by the output of the first position controller and the
  • FiiirungsgröBe of the first position controller is formed by a desired position. in a first control loop as just described with a first position controller and a. first speed control the Fütouigs domestic the second Aiitechnischsregelnikes can be formed on awakesc edlic e 'manner. in a particularly preferred. Ausraiigsfonn, which is extremely stable especially against vibrations, the leadership of the second drive control loop aiisscMieiliich. formed by the second power reserve value. This has the. special advantage that the
  • second force injection value has been chosen solely to distinguish it from the first force control value, in the same way as described in connection with the exemplary embodiment according to FIG but will be shown in detail, there are also Ausruhrun, gsformen in which the
  • the mechanism should at least one have further position measuring system, via which a first Positionsmessweri the first measuring carriage is determined relative to the guide, wherein the fed back to the first Lageregier signal is the ereten position measured value of the first measuring carriage and the rikkgetimite on the first speed controller signal, the time derivative of the first positioniness value.
  • the drive control loop of the second drive is part of a second control loop, which additionally, a second position controller and a second speed controller, wherein the FubrangsgröBe the second
  • the mechanics should. have additional position measuring system, via which a first position measured value of the first Meßsehiittens is determined relative to the first guide and still. one. have further position measuring system, via which a second position measurement value of the first measuring slide relative to the second. Leadership is determined.
  • the second drive is part of a fundamentally second control loop in which additionally a second position controller and a second speed controller are provided, there are basically two sensible possibilities, the first position measured value and the second position measured value of the first measuring slide on the position and speed controller Wegzutixii.
  • a first position controller there- mean value from your first
  • the first position controller and the first speed controller do not control along the motion axis of the first drive, but along a fictitious drive axis which is in the middle between, the first position controller and the first speed controller. Bewegongsachsen. of the drive and the second drive.
  • the second position controller is the returned signal, the difference value between the first position measured value and the second. Position reading of the first
  • Deviation of the first position measured value and the second. Position measured value are detected and corrected.
  • the signal returned to the first position yaw is the first position measured value of the first measuring unit and that on the first.
  • Velocity controller feedback signal the time derivative of the position measurement value. whereas that on the.
  • the second position feedback signal is the second position measurement value of the first measurement parameter and the signal returned to the first velocity controller is the time derivative of this second position value.
  • control of Koordiiiatemness convinceds is designed so that the resulting torque less than 10%, in particular less than 5% of that
  • Torque is that the first drive or the second drive without the. each other
  • Figure 2 Reinischi representation of a ' regulator, ' in which both the first
  • second power Vorvorangwert value IR VW is switched, wherein the Fülmings withdraw the second Autriebsregd Vietnamesees 29, 30 a: o.sscM manlich formed by the second li'aftvorsieu réellesungswert lR- before
  • Figure 5 purely schematic representation of a controller in which the reference variable of the second drive circuit 29, 30 through the sum of the output II ⁇ Ü of the first
  • a second speed controller 36 wherein a first position measurement value on the first position controller 24 and its time derivative to the first
  • FIG. 7 purely schematic representation of another control circuit in which on. first
  • Position controller 24 is an average yi St of the first position measurement value yi, ⁇ t and the second position measurement value yR-is fed back and on the. first.
  • Speed regulator 25 a time derivative of the mean value ⁇ ⁇ ⁇ fed back wiid and on the second position controller 35, the difference value Ayi «between, the first. Position measurement the. second position reading ym * is jerkgeloppelt and on the second. Speed Regulator 36 the time derivative of the
  • Figure 8 A basically second variant of an inventive oordmatemnessgeiites
  • Measuring carriage 3 of Figure ' 1 for exemplary explanation of a torque that could be generated by the first drive 27 and the second drive 30 with respect to a rotation axis Ra> perpendicular to the first Koordinatenrichrung y and the second Koordinatenrichtaig x.
  • Figure I shows a first variant of erfindungsgeniä into oordmatenmess confuses 48. Das
  • Koordinaterimessgerat has a base 22, which is mounted on an underlying hall floor on Schwiiiguiigsdänipfer. On the basis 22, a work embroidery overlay 1 in the form of a measuring table is mounted, on which a workpiece 7 to be measured is mounted.
  • the coordinate measuring machine further comprises a mechanism 49, via which a sensor 5, which is here in the form of a tactile sensor, in a first oordinatemichtoiig, which is indicated by your arrow y and in a second oordinateiiiichtang, perpendicular to the first
  • Coordinate direction y is and is here designated by the arrow x, as well as in a third.
  • the mechanism 49 as seen in FIG. 1, comprises the following. It includes a first
  • Measuring slide 15 which is configured in the present oordinatefimess réelle 48 as Brocke.
  • the first measuring carriage 15 is in this case along. two parallel Fö ments 17 and 1.8 in.
  • the first guide 17 is in this case supported by supports 19a and 19b on the base 22, while the second Fölirang 18 on two other. Supports 20a and. 20b is mounted on the base .22.
  • the first measuring carriage 15 is in this case movably mounted on the upper side of the first guide 17 via an air bearing 23.
  • a U-föimiger bearing cage 21 is disposed below the first measuring carriage 15, to which several, not closer to. Seeing air bearings are arranged, which the. first measuring slide 15 along the guide 18 drove. This first measuring carriage 15 is driven by a not shown in Figure 1, closer to drive 27, the first
  • Measuring carriage 15 along the first guide 17 of these two guides 17 and 18 drives and driven by a second, also not closer to seeing .Antrieb 30 which drives the first measuring carriage 1.5 along the second guide 18 of these 1 guides 1.7 and 18.
  • Drive 30 is here uro .. Friction wheel drives, which are not visible for reasons of perspective, wherein in the case of the drive 27 of the drive is attached to the first measuring carriage 15 and one of which, driven friction wheel, abuts the guide 17, while the second drive 30 is also attached to the first measuring center 15 and a friction wheel, drives, which engages the guide 18.
  • the mechanism 49 also has a position measuring system 12, 16, which consists of a scale 12 and a
  • Scale detection sensor 16 is made, via which a first position measured value y * t of the first measuring carriage 15 relative zw first guide 17 is determined and a. additional
  • Position measuring system. 11, 33 consisting of a scale 1.1 and. one, associated
  • Scale detection sensor 33 via which a second position measured value k- f e t of the first measuring carriage 15 relative to the second guide 18 is determined.
  • the scale detecting sensor 33 is shown in FIG. 1 b for a sake of perspective, but is shown in FIGS. 2 and 4-7, respectively.
  • the mechanism 49 also has a second measuring center 3, which is often referred to as x-slide and along the first measuring center 15 in the second
  • Coordinate direction x is felt to be movable. Also this second measuring center 3 is a
  • Position measuring system 13, 34 associated with a scale 13 and a not visible for reasons of view scale detection sensor 34 which is attached to the second Meßschlitte 3 and can capture the Mihimstabshong.
  • the position Xj St of the second measuring system 3 relative to the first measuring carriage 15 can be determined via the position measuring system 13, 34 assigned to this second measuring carriage.
  • the storage of the second measuring carriage 3 takes place in the provided Ausruhrangsbeispiei also Iber a variety of. Air bearings over which the second MessscMitten 3 relative to the first MessscMitten 15 is supported.
  • a drive is provided in the second measuring carriage 3, via which the second measuring carriage 3 in the coordinate direction designated by the arrow x along the
  • Measuring centers 1 can be moved.
  • the mechanism 49 shown here has a third measuring slide 4 (often referred to as quill), at the lower end of the sensor 5 is attached.
  • This third measuring carriage 4 can, in this case also via a friction wheel, which is attached to the second measuring carriage 3 and engages with a friction wheel on the third measuring carriage 4, are driven and also includes a position detection system, which is attached to the third measuring carriage 4 scale 14 and one on the second Measuring slide 3 attached scale detection sensor includes, which does not have its own reference numeral.
  • the third measuring carriage 4 can, in this case also via a friction wheel, which is attached to the second measuring carriage 3 and engages with a friction wheel on the third measuring carriage 4, are driven and also includes a position detection system, which is attached to the third measuring carriage 4 scale 14 and one on the second Measuring slide 3 attached scale detection sensor includes, which does not have its own reference numeral.
  • Measuring carriage 4 is also movably mounted in the third coordinate direction z via a series of air bearings which are fastened in the second measuring carriage 3. To move the sensor 5 relative to the workpiece 7 in the third, with the arrow z
  • Reference numeral 10 denotes a control which is therefor the position values of the position measuring systems 1.2, 1.6; 11, 33; 13, 34; 14 to read out the signals of the sensor 5, and said first drive 27, the. second drive 30 of the first MessscMittens 15, and to drive the drive of the second MessscMittens 3 and the drive of the third measuring carriage 4.
  • controls 10 are provided in the controller 10, among other things.
  • the controller 10 here usually comprises digital controllers in the form of. echtzeitfifliigen. Microprocessors, the regulation of the drives of the coordinate Niet according to
  • Departure MessaHaufsinfoniiationeii which are provided by a measuring computer 9. From the measuring distances of the position measuring system 1.2, 16; 1 L 33: 13, 34: 1.4 and from the signals of the sensor 5 are then recorded in the control measuring points of the workpiece. 7
  • the Governor » over which the first drive 27 and the second drive 3 driven are, here is structured as follows.
  • the first drive 27 is here in a first
  • Drive 27 additionally comprises a current regulator 26, wherein the current regulator 26 turns on the .Antrieb 27 a current l L and wherein the actual set in the motor of the first drive 27 current Ii st to the first. Current regulator 26 is fed back.
  • the second drive 30 is integrated in exactly the same way in. A second .Antriebsregelnik, in addition to the drive 30 in addition a second current regulator
  • the second current regulator 29 switches a current I R to the second drive
  • the drive control loop (Strornregler 26 and first drive 27) by the output of the first Ge Mrssregler 25, namely formed by the signal I ⁇ ⁇ u and the Fimhnmgsgr ⁇ Ee of the first speed controller 25 formed by the output of the first position controller 24, namely, the signal VL * > «.
  • the signal (2006)retiihite on the first position controller 24 is the first Posiüoramesswert yi, .i St of the measuring carriage 15, which is detected by the position measuring system (scale 12, scale detection sensor 16).
  • the signal fed back to the speed controller 25 is the time
  • Position measurement value y ⁇ is determined here by the differentiator 32. Type of this point will briefly be a few remarks to the summation points 51-54, 57 and 58 and to the branching points 55, 60-70 are used, which are used in connection with the figures 2-7.
  • the prime points 51-54, 57 and 58 symbolically indicate one
  • Vazweigoiigspiinkte 55 » 60-70 show a branching of the same signal in different signal paths
  • Kraftvorsteucrung 28 which causes a drive of the first drive 27 and the second drive 30 such that the torques caused by the acceleration of the first
  • Koordiiiateiirichtuiig x is, at least partially or even completely compensate.
  • FIG. 9 shows a purely schematic representation of the first measuring carriage 15, of the second measuring carriage 3 and of the third measuring carriage 4 from FIG. 1 for exemplarily explaining a torque, which is obtained by the first drive 27 and the second drive 30, on an axis of rotation R z »
  • the perpendicular to the first Koordiaatencardi v and the second oordiiiateririchturig x arise grained.
  • the second measuring carriage 3 is located almost completely at the end of the first measuring carriage 1 in the second coordinate direction x, that is to say at the left-hand side in the illustration. In the xy plane, this results in a position of the center of gravity SP, which lies slightly to the left of the half of the first measuring carriage 15. If at a BescMeun institute of the first measuring carriage 15 in the first
  • the said force feedforward control 28 makes sure that the first drive 27 has a first force FL and the second drive 30 includes a second force FR produced in .Type that the resulting torque II Reg in Heaifall zo becomes zero and the acceleration of the first measuring slide 15 in.
  • Coordinate direction y is a pure translation results.
  • the force precontrol 28 determines a first Kraövor facedungswert 1L -VOT , the first An.triebsregelkre.is (current controller .26, drive 27) of the first drive 27 switched and a second kraitvor facedungswert IR. Determined vot , which is switched to the second drive control loop (current controller 29, drive 30) of the second drive 30.
  • the first force pre-control value In this case, the summation speech 51 of the first stream controller 26 is displayed, so that the reference variable of the first drive control loop (current controller 26, drive 27) is not triggered solely by the output IL- SOI I of the first
  • Geseliwindigieitsreglers 25 is formed, but 'by the sum of the output i .
  • the Filirungsgröfie of the second drive control circuit ⁇ current controller 29 »drive 30) is, however, formed exclusively by the second force precontrol value 1 *.
  • ⁇ This is the determined by the force feedforward control 28 first force precontrol value IL VOT to the first drive control circuit (current controller 26, drive 27) of the first Drive 27 maraitet and the second by the .Kraftvor Tavernan, g 28 determined second raftvorstenerimp ert IR, on the second drive control loop (current controller 29, drive 30) of the second drive 30 switched.
  • Kraft vorsteueixragswert IL- W defines: so that the. from the first current regulator 26 in the first. Drive 27 to be impressed current value, and the second Krafrvor tenuimgswert
  • the first raft precontrol value: I L .. VOT , as well as the second force precontrol value l. before depend on two factors. On the one hand, these values depend on the amount of the nominal acceleration,]] with which the first measuring carriage 15 is to be accelerated together with the components carried thereby (second measuring centers 3, third measuring paths 4 ' and sensor 5) in the first coordinate measuring direction y. On the other hand, these values depend on the center of gravity SP of the measuring carriage 15 and the components carried thereby (second measuring centers 3, third measuring centers 4 and sensor 5) in the second.
  • the desired acceleration a ⁇ u is determined here from the desired position y so i by twice the time derivative across the two differentiator 50 and 31.
  • measuring center 15 is determined via a position measuring system (scale 13 and scale detection sensor 34),
  • FIG. 3 here shows a purely schematic basic representation of the force precontrol 28 from FIG. 2 in which, as a function of the detected position of the second measuring carriage 3 and as a function of a desired acceleration a.sub.u of the first. Measuring carriage 15 the iste Kraftvor Kunststoffangswert li.- VOr and the second force pilot value IR. VOT be determined. As can be seen from the group of fractions 45, the first Force pilot value IL- VOT from the product of the solidarity a with one last
  • Proportionality factor d-ia determined according to the following equation:
  • Equation 1 "a sott
  • the first Proportion Rundsfiiktof 'C L ..j St obtained through a INTEI olatioimOrschriil , which is represented by the Fuiikii.onseiiiheit 43 in Figure 3 according to the following function:
  • Equation 2 CL-U ⁇ LI + li & z ⁇ Qi) *
  • the said values xj. CD, X 2 and C are taken from a table 42 in which the relevant values are stored.
  • Equation 3 * «So«
  • the second proportionality factor C R .. i St is also determined by a linear interpolation via a following equation, as set forth by the Pmklionsucc 44
  • Equation 4 Cn-is CRI + ' ⁇ ⁇
  • Measuring carriage 3 as a fixed value x 2 A second position of the second measuring carriage 3 ain to the position x t
  • the first proportionality factor C a is in the form of the first one
  • Proportionality factor CR ⁇ associated first fixed value CR; for a first position X
  • the values xj, Cn, C RI, X 2, CL2 and CR can be easily determined empirically in a calibration procedure and stored in the table 42nd The empirical
  • the second measuring carriage 3 is positioned in the second direction x direction at a first end of the first measuring means 15 and for this purpose the position. Xj determined.
  • the occurrence of torques is determined by comparing the first scale value yi,
  • Guide 17 represents, with a second scale -width y R-jst , the position of the first measuring slide 15 in the first. Coordmateririchmng y along the second guide 18 represents determined.
  • Proportionality factor C 1 are stored in table 42 as values x 1, Co and CR I.
  • the second measuring carriage 3 now becomes exactly at the opposite end of the first Measuring carriage 15 moves in.
  • the second coordinate. Xienrichtueg x and determines the position x of the second measuring carriage 3 and in the manner described above for this second
  • FIG. 4 shows a purely schematic representation according to a second Ausffitmngsfonii a controller » which can drive the first drive 27 and the second drive 30 of the coordinate measuring machine in erfmdimgsgedorfer manner.
  • Components as shown in the exemplary embodiment of a controller according to FIG. 2 are the same.
  • Ki'aftvor Tavernung 28 unlike in Figure 2, only a force ' vorsteiierangswert iR .. before the second drive control loop (current controller 29, drive 30) aufschaltet.
  • the reference variable of the first drive control circuit (current controller 26, drive 27) is formed in this exemplary embodiment solely by the output of the first speed controller 25. In this case, therefore, the force to be set by the first drive 27 is no longer due to the first force prestoration value It " V0T as an essential part of the reference variable of the first
  • Gesc wind controller 25 are formed.
  • the regulator according to FIG. 2 could also be operated in such a way that it works like the regulator according to FIG. This would just be for the.
  • Koordinatenrichlimg is, if necessary, partially or even completely compensate.
  • Proportiofi Rundfatoor CRM associated second fixed value CR2 & a second position x 2 of the second MessscMittens 3 stored, wherein the proportionality factor CR. ** under
  • FIG. 5 shows a purely thematic representation according to a third embodiment of a controller, which includes the first drive 27 and the second drive.
  • Drive 30 of the coordinate measuring machine in erfindungsgernäßer manner can control.
  • almost the same components as in the example of a regulator of FIG. 2 are shown.
  • the same components are assigned the same sectorszeiciien ...
  • the only difference of the controller according to Figure 5 against your Regia * of Figure 2 is.
  • the output ⁇ , ⁇ of the first speed controller 25 is additionally aiifgescfaaed to the Siimmatioiispuiikt 54 of the current controller 29 of the second Aatriebsregelnikes (current controller 29, drive 30) as a Fhakuings.
  • FIG. 6 shows a fourth variant of a regulation of the drives 27 and 30 of the first measuring carriage 15, the control circuit according to FIG.
  • the regia is supplemented according to FIG. 6 in that the second drive control loop (current regulator 2, 9, drive 30) of the second drive 30 is part of a second control circuit, which in addition one .izi. position controller 35 and a second speed regulator 36.
  • the Flickangsiere the second Geschvrincügkeitsreglers 36 of the second layer controller 35 is formed by the. output R" Ii.
  • the reference variable of the second position controller 35 becomes exactly as the reference variable of the first n Position controller 24 through the setpoint position y ,, - ..! educated.
  • the signal returned to the second position controller 35 is the second position measurement value y.sub.i of the position measuring system (scale 11, scale detection sensor 33) and the signal fed back to the second speed controller 36 is the time derivative thereof second
  • a grandsharmharmliche fifth variant of a controller for controlling the first drive 27 and the second drive 30 can be seen in Figure 7.
  • This fourth embodiment variant will be explained with reference to FIG. The same components' are as in Figure 6 here again with the same reference numbers assigned
  • a first substantial difference compared to the regulator of Figure 6 is here is to see that the.
  • the first position controller 24 and the first speed controller 25 are not the first position measured values y ⁇ and their time derivative are returned. Instead, an average value of the first position measurement value y is t-ist and. the second position measured value ys..j St fed back to the first Lageregier 24 This average, is determined by a mean value element 39 according to the following formula:
  • y (y L ⁇ is + y R,. " T - si ) / 2
  • st is aiitteli by the differezor 41 aiitteli.
  • GeschwiEiltechniksreglers 25 in addition, above the Vei-branch point 62 as part of the F Kunststoffs argue to the S rnnniaiionspufikt 54 of the second '. Stronireglers 29 activated. The behavior of this first.
  • Control circuit can, in this case be understood » that the position of the ersiai Messscfaisittees 15 here is not controlled along only one axis of movement of the first drive 27, but rather along a fictitious..Antriebsachse, in the middle between the two axes of movement of the drives 27 and 30 lies. Di.es it follows » that the
  • the difference value ⁇ y * is used as the recapture variable for the second position controller 35, which results as the difference retrieval value between the first position measurement value yu * and the second position measurement value.
  • the difference value is Ay.j st here in the .E) iffererizberechriungseiiiheit 38 according to the following
  • Fugnmgs zero denotes the desired position difference between the.
  • Position controller 35 Ontariolickt position difference ⁇ ** and its time derivative., Which is on the second speed controller 36 riiciiientt ' hereby represent the actual prevailing difference between the first. Position reading is jL-is and the second
  • the signal swept to the first position controller 24 is the mean value yy * from the first one. Position reading jws t and the.
  • Speed regulator 25 röckgefulirte signal the time derivative of said average value is t.
  • the signal fed back to the second position controller 35 is the difference value ⁇ , ⁇ 8 ⁇ between, the first position measurement value yi nd. second position reading. y ⁇ of the first.
  • Measuring slide 15 and on the. second speed regulator 36 is the time derivative of the said difference value Ayj ⁇ .
  • the regulator shown in Figures 2-7 can be used not only in a BrOckenmessgetit, as shown in Figure 1, but also for example 'in a portal measuring device, wherein the first measuring slide spanning in the form of the workpiece support , Portais is formed and the first guide and the second guide are arranged in the vertical direction in the area of Maschinenstiicl.ca.ufla.ge, as Figure 8 shows.
  • first measuring carriage 15 ' here, unlike in FIG. 1, not only by a beam-like beam, the first guide and the second guide miteinaader vorbindet, but in this case additionally .Zwei vertically oriented pillars, which carry the horizontal, the Maschinenstickauilage spanning traverse,
  • Daiiehik is also the first guide 17 'and the second Fübrang 18' not on supporting tiochgeiegi, but, rather, are the first guide 17 'and the second guide 18' in the vertical direction, the workpiece support 1 * and are, for example the workpiece support I * itself formed, otherwise the Ausmötungen made for the ooriinateiimessgerit 48 in Figure 1 apply completely analogously also for the shown in Figure 8
  • CY is the first P.toportionality factor

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Abstract

Es wird ein Koordinatenmessgerät (48; 48'), umfassend : einen ersten Messschlitten (15; 15'), der entlang von zwei parallelen Führungen (17,18; 17', 18') in der ersten Koordinatenrichtung (y) geführt ist, die auf gegenüberliegenden Seiten der Werkstückauflage (1;1') angeordnet sind, und der erste Messschlitten (15; 15') die Werkstückauflage (1; 1') überspannt, wobei dieser erste Messschlitten (15) über einen ersten Antrieb (27) angetrieben ist, der den ersten Messschlitten (15; 15') entlang einer ersten Führung (17; 17') dieser Führungen antreibt und über einen zweiten Antrieb (30) angetrieben ist, der den ersten Messschlitten (15; 15') entlang der zweiten Führung (18; 18') dieser Führungen antreibt; einen zweiten Messschlitten (3; 3'), der entlang dem ersten Messschlitten (15; 15') in der zweiten Koordinatenrichtung (x) beweglich geführt ist, wobei diesem zweiten Messschlitten (3; 3') ein Positionsmesssystem (13,34; 13') zugeordnet ist, über das die Position (x ist) des zweiten Messschlittens relativ zum ersten Messschlitten (15; 15') bestimmt werden kann; und eine Steuerung die zumindest den ersten Antrieb (27) und den zweiten Antrieb (30) ansteuert. Die Steuerung umfasst hierbei erfindungsgemäß eine Kraftvorsteuerung (28), die in Abhängigkeit von der erfassten Position (x ist) des zweiten Messschlittens und in Abhängigkeit von einer einzustellenden Sollbeschleunigung (a soll) des ersten Messschlittens (15; 15') eine Ansteuerung des ersten Antriebes (27) und/oder des zweiten Antriebes (30) derart bewirkt, dass sich die Drehmomente, die durch die Beschleunigung des ersten Messschlittens (15) durch den ersten Antrieb (27) und durch den zweiten Antrieb (30) bezogen auf eine Drehachse (R z), die lotrecht auf die erste und die zweite Koordinatenrichtung steht, zumindest teilweise oder sogar vollständig kompensieren. Es wird ferner ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb eines Koordinatenmessgerätes vorgestellt.

Description

Beschreibung: oortiinateanmessgerät und Verfahren zum Beirieb eines Koordinatenmessgerätes Die Erfindung betrifft ein. oordinatenmessgerät mit einer Werkstöckauflage zur Lagerung eines zu. vermessenden Werkstückes, einer Mechanik zur Bewegung eines Sensors in zumindest einer eisten Koordmatenrichtimg und einer senkrecht dazu, stehenden zweiten Koordina.temich.ton.g. Die Mechanik umfasst dazu einen ersten Messschlitten, der entlang von zwei parallelen.
Führungen, in. der ersten oordinatenrichtimg geführt ist, die auf gegenüberliegenden Seiten der Werkstiickattiage angeordnet sind, wobei, der erste Messsefalitteri die Werkstöckauflage überspannt. Dieser erste MesssebJitteii ist über einen ersten Antrieb angetrieben, der den ersten Messschlitten entlang einer ersten Führung dieser Führungen antreibt. Außerdem ist der erste MessscMitten zusätzlich über einen zweiten Antrieb angetrieben, der den ersten. MessscMitten entlang der zweiten Führung dieser Führungen antreibt. Die Mechanik umfasst ferner einen zweiten MessscMitten, der entlang dem ersten MessscMitten in der zweiten Koorajsoatenrichtung beweglich geführt ist, wobei diesem .zweiten Messschlitten. ein Positionsmesssystem. zugeordnet ist, über das die Position des zweiten Messschlittens relativ zum ersten. Messschlitten bestimmt werden kann, Das Koordinatenmessgeräi umfasst femer eine Steuerung, die zumindest den ersten .Antrieb und den zweiten Antrieb ansteuert.
Die Erfindung betrifft ferner auch ein Verfahren, zum Betrieb eines Koerdinatenmessgerätes, das in der eingangs beschriebenen. Art aufgebaut ist.
Ein derartiges Koordinatenmessgerät und ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb eines solchen Koordinatenniessgerites ist aus der Druckschrift EP 18 39 01.0 Bl bekannt. Hierin ist unter anderem ein Koordinatenmessgerät der eingangs genannten Art gezeigt. Bei dem im Zusammenhang mit deo. ÄEsfilluiiiigsbeispieleii gezeigten Koordinatenmessgerät, handelt es sich hierbei■um. ein oordinatenniessgerät vom sogenannten Portal-Typ. Dieses weist als
Werkstuckauflage zur Lagerung eines zu vermessenden Werkstückes einen Messtisch auf. Der Sensor, mit dem die Oberfläche des Werkstückes abgetastet wird, wird über eine Portal- Mechanik in. den drei senkrecht aufeinander stehenden Koordimtenrichtungen x, z, y relativ zum zu vermessenden Werkstuck verfätiren. Dazu umfasst diese Mechanik einen ersten Messschlitten in Form eines Portals, welches den. Messtisch überspannt und welches auf zwei, seitlich, des Messtisches angeordneten parallelen Führunge beweglich in einer ersten. oordinateiiiichtung geführt ist. Dieser erste MessscMitten (Portal) ist über einen ersten Antrieb angetrieben, der diesen ersten MessscMitten entlang einer ersten Führung dieser Führungen antreibt sowie über einen zweiten Antrieb angetrieben, der den ersten Messschlitten entlang der zweiten Führung dieser beiden Führungen antreibt. Entlang der Traverse dieses ersten Messschlittens, die den Messtisch horizontal überspannt, ist ein zweiter Messschlitten in einer zweiten
oorcbnatenrichtung beweglich geführt, wobei diesem zweiten Messschlitten ein
Positionsmesssystem in Form eines Maßstabes und eines zugehörigen Maßstabssensors zugeordnet ist, über das die Position des zweiten Messschlittens relativ zum ersten Messschlitten bestimmt werden kann. Außerdem weist dieses Koordinatenmessgerät eine Steuerung auf, mit der der besagte erste Antrieb und der zweite Antrieb angesteuert werden kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Ansteuerung des ersten und des zweiten Antriebes des besagten ersten Messschlittens (also des Portals) mit einem mehrstufigen Regelkreis. Der Regelkreis beider Antriebe umfasst hierbei einen gemeinsam genutzen
Lageregler, dessen Ausgang auf einen als Synchronregler bezeichneten Regler aufschaltet wird. Dieser Synchronregler umfasst zwei voneinander getrennte Geschwindigkeitsregler, wobei der Ausgang des ersten Geschwindigkeitsreglers auf den Eingang des ersten Antriebsregelkreises aufgeschaltet ist und der Ausgang des zweiten Geschwindigkeitsreglers auf den Eingang des zweiten Antriebsregelkreises aufgeschaltet ist.
Bei dem Lageregler handelt es sich um einen Standardlageregler für eine Bewegungsachse, wobei dieser die Lage des Portals nicht entlang der Bewegungsachse nur eines Antriebes regelt, sondern vielmehr entlang einer fiktiven Antriebsachse, die in der Mitte zwischen den beiden Bewegungsachsen der beiden Antriebe für den ersten Messschlitten liegt. Dazu weist die Mechanik zur Messung der Position des ersten Messschlittens zwei Positionsmesssysteme auf, wobei über ein erstes dieser Positionsmesssysteme Positionsmesswerte des ersten Messschlittens relativ zur ersten Führung ermittelt werden sowie über das zweite Positionsmesssystem
Positionsmesswerte des ersten Messschlittens relativ zur zweiten Führung ermittelt werden. Aus diesen besagten ersten Positionsmesswerten des ersten Messschlittens und den zweiten
Positionsmesswerten des ersten Messschlittens, wird dann ein Mittelwert errechnet, der als
Rückführung auf den Lageregler rückgekoppelt wird. Führungsgröße für den Lageregler ist eine Sollposition. Der Ausgang des Lagereglers wird als Führungsgröße auf beide Geschwi ndi gkcitsregler des
Syiichronreg!ers aufgeschaltet.
Als RSckkoppliaigsgröße der Gesehwindigfeitsregler wird in einer ersten Variante die zeitliche Ableitung des besagten Mittelwertes verwendet
In einer zweiten Variante wird als Rückkopplungsgröße der Geschwincligkeiisregler eine
Differenzgeschwmdigkeit 'verwendet, die sich aus dem Differenz wert, der gemessenen
Geschwindigkeit des eisten Antriebes und des zweitai Anlxiebes ergibt Hierbei wird zum einen die DiffereiKgesch.windigk.eit selber, sowie die einfache zeitliche Ableitung dieser
Differonzgescfawindigkeit und die zweifache zeitliche Ableitung Differenzgeschwindigkeit auf die beiden Gesch indigkeitsregler rückgekoppelt, wobei die Rückkopplung mit
üBterseMediichem Vorzeichen geschieht, d.h. am einen Geschwindigkeitsregler wirf, die
Rückkoppkmgsgröße von der Fibmegsgröße subtrahiert und am anderen.
Geschwindigkeitsregler wird die Rickkopplungsgröße zur Führungsgroße dazuaddiert.
Die beiden. Geschwindigkeitsregler liefern, als Ausgang dann. Gesefawmdigkeitsweite für den. Antriebsregeikreis des ersten Antriebes und för den Antriebsregeikreis des zweiten Antriebes zum. Antreiben des besagten ersten essschlittens,
Die Besonderheit des aus der betreffenden Druckschrift bekannten Koordinateranessgerätes ist m der Verwendung von zwei separaten Antrieben zu sehen, über die der »sie Messschütten in. der ersten. Kooidinatenmessricntong angetrieben wird. Hierdurch können rein, prinzipiell
Drehmomente kompensiert: werden, die bei einem. Antrieb des ersten .Messschlittens mit nur einem Antrieb auf nur einer Seite des ersten MessscMittens auftreten würden. Allerdings ist mit der gezeigten Steuerung eine Kompensation dieser Drehmomente nur sehr unzureichend möglich. Dies hat verschiedene Ursachen... Zum einen verschiebt sich bei einer Bewegung des zweiten MessscMittens in der zweiten Koordmateniichtang der Schweipunkt der gesamten Mechanik, in der besagten ersten oordinaienrichtang. Dies fuhrt zu veränderten
Massenträgheitsmomaiten. der Mechanik, die im Regler der Steuerung gemäß der oben
genannten Dracksdmft nicht berücksichtigt sind. Des Weiteren kann der oben genannte Regler auf resultierende Drehmomente, die sich aus den Kräften des ersten und des zweiten Antriebes ergeben» erst dann reagieren, wenn in. Folge des resultierenden Drehmomentes der erste Messschlitten bereits um die Senkrechte zur ersten und zweiten Kootdinatenrichtuiig stehende Drehachse rotiert.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Patentanmeldung daher die Aufgabe zugrunde, ein Koordin enmessgerät der eingangs genannten. Art, sowie ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb eines solcheE Koordirmtenmessgerätes anzugeben, mit dem zuverlässig derartige resultierende Drehmomente der Mechanik um eine Achse lotrecht zur ersten
Koordinatenrichtung und zur zweiten Koordinatemichtung entweder teilweise oder sogar vollständig vermieden werden.
Die Aufgabe wird durch ein Koordinatenmessgerät mit den. Merkmalen des unabhängigen
Anspruches 1 gelöst sowie durch ein entsprechendes Verfahren mit sämtlichen Merkmalen, des unabhängigen Anspruches 15 gelöst. Die Besonderheit der erfindungsgemätfJen Lösung ist hierbei darin zu sehen, dass die Steuerung eine Kraftvorateuerung umfasst, die in Abhängigkeit von der erfassten. Position des zweiten Messschlittens und in Abhängigkeit von einer einzustellenden. SoH esehleunigung des ersten Messschlittens eine Ansteuerung des ersten Antriebes und oder des zweiten Antriebes derart bewirkt, dass sich die Drehmomente, die durch die Besc eunigung des ersten Messschlittens durch den ersten Antrieb und durch den zweiten Antrieb bezogen auf eine Drehachse, die lotrecht auf die erste und auf die zweite Koordiiiatenriehtuiig steht, zumindest teilweise oder sogar vollständig kompensieren.
Eine solche Maßnahme hat eine Reihe von besonderen Vorteilen, Durch das Vorsehen einer rafivorsteuening derart» dass sich die Drehmomente, die durch die Beschleunigung des erstai Messschlittens durch den ersten Antrieb und durch den zweiten .Antrieb bezogen, auf eine Drehachse, die lotrecht auf die erste und die zweite Koordin.atenrieh.tang steht, zumindest teilweise oder sogar vollständig kompensieren, kann sichergestellt werden, dass hierdurch Drehmomente kompensiert oder sogar komplett 'vermieden, werden, die sich sonst ohne eine solche raftvorsteuerung ergeben, würden. Durch, die Einbeziehung der Position des zweiten Messschlittens in die Ansteuerung des ersten, und oder des zweiten Antriebes kann ferner sichergestellt werden» dass bei der Ansteuerung des ersten undOder des zweiten Antriebes die tatsächliche Lage des Schwerpunktes, die in Abhängigkeit vom zweiten Messschlitten in der zweiten Koordinatenrichtung variiert, bei der Ansteuerung des ersten Antriebes und/oder des zweiten Antriebes mit einbezogen werden.. Da ferner die Kraftvorsteuenmg die S llbesc eunigung in der ersten KooKlinateorichtang bei der Enn img der Ansteuerung des ersten Antriebes und oder des zweiten Antriebes mitberiicksichtigt, kann die Kraftvorsteuerang insbesondere den ersten, und/oder den zweiten. Antrieb proportional zur jeweils einzustellenden Beschleunigung ansteuern. Sofern die Kraftvo.rsteueru.ng sowohl den ersten Antrieb, wie auch den zweiten Antrieb ansteuert, ergibt sich, hierdurch insbesondere der Vorteil, dass die restlichen Regler im jeweiligen. Regelkreis nur noch, sehr geringe Anteile zu den von. den Antrieben anzustellenden Kräften beitragen, müssen. Im Meaifall steuertdie Kraftvorsteuerong den ersten. Antrieb und den zweiten Antrieb dann derart gut an, dass die restlichen Regler nur noch dazu da sind, geringe Regelabweichungen auszuregeln.
Die unabhängigen Anspräche 1 und 15 enthaltenen hierbei folgendes Teilmerkmal:
„...wobei die Steuerung eine Kraftvorsteuerung umfasst, die in Abhängigkeit von der erfassten Position des weiten Messschiittens und in Abhängigkeit von einer
einzustellenden Sollbeschleunigun des ersten Messschiittens eine Ansteuerung des ersten Antriebes und oder des zweiten Antriebes derart bewirkt, dass sich die
'Drehmomente, die durch die Beschleunigung des ersten Messschiittens durch den ersten Antrieb und durch, den. zweiten Antrieb bezogen auf eine Drehachse, die lotrecht auf die erste und die zweite Koordinatemichtung steht, zumindest teilweise oder sogar vollständig kompensieren."
Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass alternativ zu diesem Tdlmerkmal auch folgendes Teilmerkmal verwendet werden kann, sofern die funktioaaie Beschreibung der Wirkung der Ansteuerung des ersten und/oder des zweiten Antriebes durch die
Kraftvorsteuerung nicht gewünscht sein sollte:
„...wobei die Steuerung eine Kraftvorsteuerung umfasst, die in Abhängigkeit von der erfassten Position des zweiten Messschlittens und in Abhängigkeit von einer
einzustellenden Sollbeschleunigung des ersten. Messschiittens eine Ansteuerung des ersten. Antriebes und oder des zweiten Antriebes bewirkt."
Hinsichtlich Details der unabhängigen Ansprüche t und 15 ist hierbei folgendes auszuführen. Beim Sensor kann, es sich um vollkommen, -unterschiedliche Sensoren handeln. Beispielsweise .kann der Sensor ein taktiler Sensor sein. Hierbei könnte es sich, dann um einen messenden
Sensor handeln, dessen Tastelement in allen, drei Kooriiiaateniichtuii.geii beweglich gelagert ist und dessen Auslenktrag in den drei Koordmatenrichtwigen durch Messsysteme gemessen wird. Es könnte sich, aber auch um einen schaltenden Tastkopf handeln, der bei Berührung des
Werkstückes mit seinem Tasteiement ein Antastsignal liefert, Alternativ kann der Sensor aber auch ein optischer Sensor sein. Ein solcher optischer Sensor könnte eine Digitalksmera sein.» die die Kontoren des Werkstückes anhand des Kamerabild.es amittelt. Ein üblicher optischer Sensor könnte aber auch. ein. Triangulationssensor sein, der ein LicMmusta- auf die Werksliickobeiflädie projiziert und das Lichtaiuster unter einem gegebenen Winkel mit einer Oigitalkamera
beobachtet.
Bei der besagten Werkstückauflage zur Lagerung eines zu vermessenden Werkstückes kann es sich, hierbei natürlich auch um 'unterschiedlichste Varianten handeln. Üblich sind, beispielsweise Werkstficktische mit einer ebenen Auflage oder aber auch. Drehtische, auf denen, das Werkstück gelagert werden kam. Es können aber auch genauso gut andere Werkstöckhalterungerj
vorgesehen sein, auf denen das Werkstück gelagert werden kann.
Hinsichtlich des ersten Messschlittens, der entlang von zwei parallelen Führungen in der ersten Koordmatenrichtung geführt ist, die auf gegen.iberliegen.deii Seiten der Werkstiickauflage angeordnet sind, wobei da* erste Messschlitten die Werkstückauflage tibe.rsp.amit, sind hierbei auch unterscMedtiche Formen solcher Messschlitten möglich. Beispielsweise kommt ein solcher Messschlitten in sogenannten Bräckenkooidinatenmessgeräten. vor, bei denen seitlich des
Werkstucktisch.es auf stützen, hockgelegte Führungen ruhen, wobei der erste Messschlitten, diese beide Führungen als Brücke niitein.and.er verbindet. Gleichfalls sind auch
Portalkoordinateomessgeräte bekannt, bei denen der erste Messschlitten in Form eines Portais ausgebildet ist, der die Werkstückauflage in einem zentralen Bereich überspannt. Die Säulen solcher portalartiger Messschlitten ruhen, üblicherweise auf zwei Führungen, die seitlich der Werkstückauflage am Koo inatenmessgerSt befestigt sind. Es sind jedoch genauso gut auch Mischformen der beschriebenen Messschlitten möglich. Beispielsweise kann nur eine der beiden. Führungen, hochgesetzt sein, während die andere Führung im Bereich der Werkstüekauflage angeordnet ist. Bei den Führungen kann es sich selbstverständlich uro unterschiedlichste Führungen handeln, die aus dem Stand der Technik bestens bekannt sind. Häufig eingesetzt werden sogenannte
LuftlagerfishitMigen, bei denen. Luftlager auf einer ebenen Fläche gleiten. Es kann sich jedoch genauso gut um Gldtführungen, um Rollentülurungen oder um ugelschienenfuhrungen
handeln.
Auch hinsichtlich der besagtem Antriebe sind hierbei unterscMedlichste Anlriebssysteme bekannt. Häufig eingesetzt werden hierbei beispielsweise elektromotorisch angetriebene
Rdbradantriebe. Alternativ können aber beispieiswei.se auch Spindelantriebe verwendet werden.
Hinsichtlich der Positionsmesssysteme sind ebenfalls unterschiedlichste Varianten bekannt. Beispielsweise kann die Position eines MessscMittens bei einem Spindclantrieb aus der
Umdrehungszahl der Spinde! ermittelt werden. Es sind gleichfalls auch optische
Entfernungsmessungen, beispielweise über interfaoineter, möglich. In. der iberwiegenden
Anzahl der Fälle heutiger Kooidinatemnessgeräte werden jedoch als Fositiommesssysteme
Maßstäbe, insbesondere inkjfementalmaßstabe mit zugeordneten Ablesesensoren (beispielsweise optisch, magnetisch, kapazitiv etc.) verwendet.
.Auch als Steuerung sind selbstverständlich unterschi.ediichste Varianten, denkbar'. Beispielsweise könnte eine Steuerung als analoger Regelkreis aufgebaut sein. In jedoch der weit iberwiegenden. Anzahl der Fälle heutiger Steuerungen, wird man einen oder mehrere Mikroowwessoren
einsetzen, in. denen die Regler als digitale Software hinterlegt sind, .insbesondere auch, die besagte Kr aftvor Steuerung, die in Abhängigkeit von der erfassten Position des zweiten
MessscMittens und in Abhängigkeit von einer einzustellenden SoUbescMeunigung des ersten Messschlittens eine Ansteuerung des ersten Antriebes und des zweiten Antriebes derart bewirkt, dass die Drehmomente, die durch die Beschleunigung des ereten MessscMittens durch den ersten Antrieb und durch den zweiten. Antrieb bezogen, auf eine Drehachse, die lotrecht auf die erste und die zweite ooidinatenrichtung steht, zumindest teilweise oder sogar vollständig
kompensiert werden, in Form eines Sofrwaremoduls realisiert
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus Ansprüchen 2-14 sowie Ansprüchen 16-20. in einer konkreten Realisierung der RraftvoTsteueaiiigseinheit ermittelt die
Kraftvorsieuerangseinheit einen ersten .'Kraftvorsteiierungswert, der auf den .Anteehsregelkreis des ersten Antriebes aufgeschaltet wird, und/oder einen zweiten Kraftvoreteuerongswat» der auf den zweiten Aotriebsregelfcreis des zweiten Antriebes aiifgeschaltet wird.
Bei diesem, besagten, ersten Kraftvorsteuerungswert kann es sich hierbei um einen Stromwert handeln, der auf den Stramregler eines ersten Aiitriebsregeifcrelses aufgeschaltet wird und oder bei dem zweiten 'Kraftvorateuenmgswext ran einen Stromwert handeln» der auf den. Stromregler des zweiten AniTiebsregelkreises abgeschaltet wird. Da das Drehmoment und damit die Merdiirch erzeugte Kraft bei vielen Elektromotoren proportional zum Strom ist, der in dem jeweiligen Elektromotor des Antriebes eingeprägt wird, kann hierdurch auf einfache Weise die gewünschte Kraft an dem. jeweiligen. Antrieb eingestellt werden. Natürlich müssen, aber der besagte erste Kraftvorsteuerungswert und der zweite raftvorsten irngsweit nicht zwingend ein Stromwert sein» Vielmehr kann es sich, natürlich auch um eine beliebige andere Größe handeln, wie beispielsweise ein. einzusteilaides Drehmoment des Antriebes, eine eiiiziistelieiide Kraft, des Antriebes oder eine einzustellende Drehzahl des Antriebes.
Die raftvorsteueruiigseinheit kann vorzugsweise den ersten Kraftvoirsteuerangswert aus dem Produkt der Sollbeschleunigung mit einen, ersten. PiOpoitionalitätsfaktor ermitteln■und/oder den zweiten Kraftvorsteuerungswert aus dein Produkt der SollbescMeunigung mit einem zweiten Proportionalitätsfaktor emdtteki.
Da der erste Proportionalitätsfaktor und/oder der zweite Pro ortionalitätsfaktor von der jeweiligen Stellung des zweiten Messschlittens in der zweiten Koorfinatenriclitimg abhängt, können der erste ProportionaJitätsfaktor und oder der zweite Proportionalitätsfakto wie folgt ermittelt werden.
Der erste ProportionaJitätsfaktor kann in Form eines dem ersten Proportioiiaiitätsfaktor
zugeordneten ersten, festen Wertes für eine erste Position, des zweiten Messschlittens gespeichert sein und in Form eines dem ersten Proportionalitätsfaktor zugeordneten zweiten festen Wertes für eine zweite Position, des zweiten Messschlittens gespeichert sein, wobei der erste
Proportionalitätsfaktor unter Verwendung der aktuellen Position des zweiten Messschlittens durch, lineare Interpolation oder lineare Extrapolation aus dem dem ersten Proportionalitätsfaktor zugeordneten ersten festen Wert für die erste Position und dem dem ersten
Pro Kiition.ali.tätsfiikto.r zugeordneten, zweiten, festen, Wert für die zweite Position ermittelt wird. Der zweite Proportionalitätsfaktor kann in Form eines dem zweiten Proportionalitltsiaktar zugeordneten ersten festen Wertes für eine erste Position des zweiten Messschlittens gespeichert sein und in. Form eines dem zweiten Proportionalitätsfaktor zugeordneten zweiten, festen Wertes für eine zweite Position des zweiten Messschliitens gespeichert sein., wobei der zweite
Proportionalitätsfaktor unter Verwendung der .aktuellen Position des zweiten. Messschliitens durch lineare Interpolation oder lineare Extrapolation aus dem dem zweiten
Proportionalitätsfaktor' zugeordneten ersten festen Wert für die erste Position und dem dem zweiten Proportionalitätsfaktor zugeordneten zweiten festen Wert für die zweite Position ermittelt wird.
Auf diese Weise lassen sich der erste Proportionalitätsfaktor und/Oder der zweite
Proportionalitätsfaktor sehr einfach ermitteln. So kann in einem vorgelagerten Kalibrierlauf der zweite Messschlitten .zunächst in der zweiten Koordmatemichfang an. einem ersten Ende des ersten. Messscblittens positioniert werden und für diese erste Position beispielsweise durch. empirisches Ausprobieren der erste Proportionditätsfaktor und/oder der zweite
Proportionalitätsfaktor ermittelt weiden und in Form von ersten, festen Werten für diese erste Position des zweiten Messschliitens gespeichert werden.. Das Au.ftrete.ri von Momenten, kann beispielsweise festgestellt werden durch Vergleich von ersten Maßstabswerten, die die Position des ersten. Messschlittens in der ersten Koordinatenrichtung entlang der ersten Führung repräsentieren mit zweiten Maßstabswerten, die die Position des ersten Messschliitens in der ersten Koordinatenrichtung entlang der zweiten Führung repräsentieren. Anstelle der besagten Differenz der ersten und der zweiten. Maßstabswerte des ersten Messschlittens können
Drehmomente aber auch auf andere Weise ermittelt werden. Beispielsweise kann am ersten Messschlitten im Bereich, der ersten Führung und im Bereich der zweiten Führung jeweils ein Beschl eunigungssensor befestigt werden und aus der Differenz der beiden
Beschleunigungssensoren das jeweilige Drehmoment ermittelt werden.
Der zweite Messschlitten wird danach in der zweiten. Koordinatenriehtung am entgegengesetzten Ende des ersten. Messschlittens positioniert und hierbei wird wieder für diese Position empirisch der erste Proportionalitätsfaktor und/oder der zweite Proportionalitätsfaktor bestimmt und in Form von zweiten festen Werten abgespeichert weiden.. Um nun für eine beliebige Position des zweiten MessscMittees in der zweiten Koordinatenrichning, die zwischen dem einen Ende und dein anderen. Ende des ersten Messschlittens liegt, einen ersten Proportionalitätsfaktor und/oder einen zweiten Proportiona!itaisfaktoi" zu emiitteiii, kann einfach eine lineare Interpolation angewandt werden.» wie dies näher anhand der Figureiibescltreibuiig erläutert werden wird.
Ein entsprechender Regler, in dem die besagte raftvorsteuerung Einsatz findet, ist
vorzugsweise wie folgt ausgestaltet Der erste Antriebsregeifa-eis des ersten Antriebes sollte hierbei Bestandteil eines ersten Regelkreises sein» der zusätzlich einen ersten Lageregler und einen ersten Gescliwindigkeitsregier aufweist, wobei die Föhriingsgiöße des ersten
Antriebsregelfaeises entweder durch die Summe des Ausgangs des ersten
Gescfawradigkeitsreglers und des ersten raftvorsieuerungswertes gebildet ist oder nur durch, den Ausgang des ersten Geschwmdigkeitsreglers gebildet ist und die Führangsgröße des ersten
Geschwindi,gkeitsreglers durch den Ausgang des ersten Lagereglers gebildet ist und die
FiiirungsgröBe des ersten Lagereglers durch eine Sollposition gebildet ist. in einem wie eben beschriebenen ersten Regelkreis mit einem ersten Lageregler und einem. ersten Geschwindigkeitsregler kann die Fütouigsgröße des zweiten Aiitriebsregelkreises auf untersc edlic e 'Weise gebildet werden. in einer besonders bevorzugten. AusÄraiigsfonn, die insbesondere gegen Schwingungen äußerst stabil ist, wird die F hrungsgröße des zweiten Antriebsregelkreises aiisscMieiliich. durch den zweiten Kraftvorateuerungswert gebildet. Dies hat den. besonderen Vorteil, dass die
Führangsgröße des zweiten AntriebsrcgeJ.krei.ses durch die Kraftvorsteuerung fest vorgegeben ist. Dementsprechend kann es nicht durch ickfilirung von Größen zu. Veränderungen dieser Führungsgroße kommen. Daher ist diese Variante ganz besondere stabil gegen Schwingungen. .AJI dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Ausdruck„zweiter
raftvorsteueruiigswert" nicht zwingend bedeutet, dass es neben, diesem zusätzlich auch einen ersten Kraftvorsteuerungswert geben muss. Der Begriff zweiter Kraftvorsteuerungswert wurde alleine deshalb gewählt, um diesen, teraiinologisch. vom ersten Kraft orsteuerungswert abzugrenzen. Wie im Zusammenhang mit dem Ausfiihriuigsbeispiel nach Figur 4 weiter unten aber noch detailliert gezeigt werden wird, gibt es auch Ausruhrun,gsformen, bei denen die
raftvorsteuenmg nur einen der beiden Antriebe, nämlich den terminologisch mit„zweiter
Antrieb" bezeichneten Antrieb ansteuert:. In. diesem Falle gibt es dann folgerichtig nur einen. Kraf orsteuerungswert, der hier mit„zweiter iaftvorsteuerurigswert" bezeichnet ist, Alternativ kann die Fühimngsgröße des zweiten Antriebsregelkreises durch die Summe des
Ausgangs des ersten Geschwindigkeitsreglers und des zweiten Kjaftvo eueamgswertes gebildet werden. Auch eine derartige Architektur des Reglers ist grundsätziicli funktioiisflMg, hat allerdings den Nachteil, dass eine derartige Reglerarchitektur eher zu Schwingungen neigt, da die Fuhiungsgföße unter anderem durch den, Ausgang des ersten Geschwindigkeitsreglers mitgebildet wird und dieser erste Regler bedingt durch die Rückkopplung variieren kann.
Im Falle der letzten beiden genannten Varianten, bei denen die Führangsgröße des zweiten Antriebsregelkreises entweder ausschließlich durch den zweiten Kralrvorsteueningswe t gebildet wird oder die Führungsgrdße des zweiten Antriebsregelkreises durch die Summe des Ausgangs des ersten Geschwindigkeitsreglers und des zweiten Kraftvorsteuerungswertes gebildet wird, sollte die Mechanik zumindest ein weiteres Positionsmesssystem aufweisen, über das ein erster Positionsmessweri des ersten Messschlittens relativ zur Führung ermittelt wird, wobei das auf den ersten Lageregier riickgefShrte Signal der erete Positionsmesswert des ersten Messschlittens ist und das auf den ersten Geschwindigkeitsregler rikkgefühite Signal, die zeitliche Ableitung des ersten Positionsinesswertes ist.
In einer grundsätzlich anderen. Architektur des Reglers ist der Antriebsregelkreis des zweiten Antriebes Bestandteil eines zweiten Regelkreises, der zusätzlich, einen zweiten Lageregler und einen zweiten Geschwindigkeitsregler aufweist, wobei die FubrangsgröBe des zweiten
Anfxiebsregelkreises durch die Summe des Ausgangs des zweiten Geschwindigkeitsreglers und des zweiten foaftvorsteueniEgswertes gebildet: ist und die Fübirogsgröße des zweiten
Gescfowmdigkeitsteglers durch den Ausgang des zweiten Lagereglers gebildet ist In diesem Falle sollte die Mechanik ein. zusätzliches Positionsmesssystem aufweisen, über das ein erster Positionsmesswert des ersten Messsehiittens relativ zur ersten Führung ermittelt wird und noch. ein. weiteres Positionsmesssystem aufweisen, über das ein zweit«' Positionsmesswert des ersten Messschlittens relativ zur zweiten. Führung ermittelt wird. Bei einem derartigen Reglerentwurf, bei dem nunmehr der zweite Antrieb Bestandteil eines grundsätzlich zweiten Regelkreises ist, in dem zusätzlich ein, zweiter Lageregler und eia zweiter Geschwindigkeitsregler vorgesehen sind, gibt es grundsätzlich zwei sinnvolle Möglichkeiten, den «sten Positionsmesswert und den zweiten Positionsmesswert des ersten Messschlittens auf die Lage- und Geschwindigkeitsregler rückzufühixii. In einer ersten Variante wird auf den. ersten Lageregler da- Mittelwert aus dein ersten
Positionsmesswert und dem zweiten Positionsmesswert des ersten MessscMittens rückgeführt und. auf den ersten Gescliwindigkeitsregier die zeitliche AMeitang des besagten Mittelwertes rüekgetlifart, Hierdurch regeln der erste Lageregler und der erste Gesdiwindigkeitsregler nicht entlang der Bewegungsaclise des ersten Antriebes sondern entlang einer fiktiven Antriebsachse, die in der Mitte zwischen, den. Bewegongsachsen. des ereien .Antriebes und des zweiten...Antriebes liegt. Auf den zweiten Lageregler hingegen ist das räckgefuhrte Signal, der Differenzwert zwischen dem eisten Positionsmesswert und dem zweiten. Positionsmesswert des ersten
MessscMittens und das auf den. zweiten Gescliwindigkeitsregier räckgefihite Signal ist die zeitliche AMeitang des besagten Differenzwertes. Durch diese Maßnahme kann also die
Abweichung des ersten Positionsmesswertes und des zweiten. Positionsmesswertes erfasst und ausgeregelt werden. In einem zweiten grundsätzlichen Entwurf eines Reglers mit einem zweiten Lageregler und einem zweiten Geschwindi.gk.eitsregler ist das auf den ersten Lageregier räckgefuhrte Signal der erste Positionsmesswert des ersten MessscMittens und das auf den ersten. Geschwindigkeitsregler rückgeführte Signal die zeitliche Ableitung des Positionsmesswertes. wohingegen das auf den. zweiten Lageregier räckgeföbrte Signal der zweite Positionsmesswert des ersten MessscMittens ist und das auf den ersten Geschwindigkeitsregler rückgeführte Signal die zeitliche Ableitung dieses zweiten Positionsniesswertes ist.
Bevorzugt ist die Steuerung des Koordiiiatemnessgerätes hierbei so ausgebildet, dass das resultierende Drehmoment geringer als 10%, insbesondere geringer als 5% desjenigen
Drehmomentes ist, das der erste Antrieb oder der zweite Antrieb ohne den. jeweils anderen
Antrieb bei gegebener Kraft maximal erzeugen könnte.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung können aus der nachfolgenden
Figurenbeschrdbung entnommen werden, 'Hierin zeigen;
Figur ! : Ein erfindingsganäBes oordinatenmessgerät 48 in Bräckenkonstraktion
Figur 2: Rein scheniatische Darstellung eines 'Reglers, 'bei dem sowohl auf den ersten
Antricbsregefaeis 26, 27 ein erster Kraftvorsteuerungswert IL„vor aufgeschaltet wird, wie auch auf den zweiten Antriebsregelkreis 29, 30 ein. zweiter Kraftvorstenerangswert IR-VW aufgeschaltet wird, wobei die Fülmingsgröße des zweiten Autriebsregdkreises 29, 30 a:o.sscMießlich durch den zweiten li'aftvorsieuerungswert lR-vor gebildet wird
Figur 3: Rein sefaeiiiatisehe Darstellung der Kraftvorateuerang 28 aas Figur 2
Figur 4: Rein scfaemaiiscfa© Darstellung eines Reglers» bei dem auf den ersten Antriebsregelkreis
26, 27 gar kein raftvorsteuen gswert autgeschaltet wird und nur auf den zweiten
Antrie sregelkreis 29,30 ein Krafrvorstenuerungswert IR.w aufgeschaltet wird,,
Figur 5: Rein schematische Darstellung eines Reglers, bei dem die Führungsgröße des zweiten Antriebsiegelkreises 29, 30 durch die Summe des Ausganges II^Ü des ersten
Geschwindigkeitsreglers 25 und des zweiten iaftvoi'steuOTngswertes IR_vor gebildet wird
Figur 6: Rein schematische Darstellung eines Reglers mit einem zweiten Lageregler 35 und
einem zweiten Geschwindigkeitsregier 36, bei dem ein erster Positionsmesswert auf den ersten Lageregler 24 und dessen zeitliche Ableitung auf den ersten
Geschwindigkeitsregier 25 riickgefiilirt werden und bei dem ein zweiter
Positionsmesswert auf den zweiten Lageregler 35 und dessen zeitliche Ableitung auf den zweiten Geschwindigkeitsregier 36 rückgekoppelt werden
Figur 7: Rein schematische Darstellung eines weiteren Regelkreises bei dem auf dem. ersten
Lageregler 24 ein Mittelwert yiSt des ersten Positionsmesswertes yi,~ t und des zweiten Positionsmesswertes yR-ist rückgekoppelt wird und auf den. ersten.
Geschwindigkeitsregier 25 eine zeitliehe Ableitung des Mittelwertes γΛ· rückgekoppelt wiid und auf den zweiten Lageregler 35 der Differenzwert Ayi« zwischen, dem ersten. Positionsmesswert
Figure imgf000015_0001
dem. zweiten Positionsmesswert ym* ruckgelcoppelt wird und auf den zweiten. Geschwindigkeitsregier 36 die zeitliche Ableitung des
Differenzwertes Ayjst rückgekoppelt wird
Figur 8: Eine grundsätzlich zweite Variante eines erfindungsgemaßen oordmatemnessgeiites
48' in Portal-Bauweise Figur 9: Rein schematische Darstellung des ersten Messschlittens 15 und des zweiten
Messschlittens 3 aus Figur' 1 zur beispielhaften Erläuterung eines Drehmomentes, das durch den ersten Antrieb 27 und den zweiten Antrieb 30 bezogen auf eine Drehachse Ra> die lotrecht auf die erste Koordinatenrichrung y und die zweite Koordinatenrichtaig x entstehen könnte.
Figur I zeigt eine erste Variante eines erfindungsgeniäßen oordmatenmessgerätes 48. Das
Koordinaterimessgerat weist eine Basis 22 auf, die auf einem darunterliegenden Hallenboden über Schwiiiguiigsdänipfer gelagert ist. Auf der Basis 22 ist hierbei eine Werkstickauflage 1 in Form eines Messtisches gelagert, auf dem ein zu vermessendes Werkstück 7 gelagert ist. Das Koordinatenmessgerät weist ferner eine Mechanik 49 auf, über die ein Sensor 5, der hier in Form eines taktilen Sensors ausgebildet ist, in einer eisten oordinatemichtoiig, die mit dein Pfeil y bezeichnet ist und in einer zweiten oordinateiiiichtang, die senkrecht zur ersten
Koordinatenrichtung y steht und hier mit dem Pfeil x bezeichnet ist, sowie in einer dritten.
oordiriateiiricfi'tong, die senkrecht zur ersten oordinatenriclituiig y und zur zweit™.
oordinatenrichtuiig x steht und hier mit dem Pfeil z bezeichnet ist, bewegt, werden kann. Hierzu, umfasst die Mechanik 49, wie aus Figur 1 zu sehen, folgendes. Sie umfasst einen ersten
Messschlitten 15, der im vorliegenden oordinatefimessgerät 48 als Brocke ausgestaltet ist. Der erste Messschlitten 15 ist hierbei entlang von. zwei parallelen Fö rungen 17 und 1.8 in. der ersten Koordinatenrichtang y geführt, wobei die beiden Führungen 17 und 18 auf gegenüberliegenden Seiten, der Werkstückauflage 1 angeordnet sind und der erste Messschlitten 1.5 damit die
Werkstickaufiage 1 überspannt. Die erste Führung 17 ist hierbei über Stützen 19a und 19b auf der Basis 22 gelagert, während die zweite Fölirang 18 auf zwei weiteren. Stützen 20a und. 20b auf der Basis .22 gelagert ist. Der erste Messschlitten 15 ist hierbei über ein Luftlager 23 auf der Oberseite der ersten Führung 17 beweglich gelagert. Zur Lagerung des ersten Messschlittens 15 auf der zweiten Führung 18 ist unterhalb des ersten Messschlittens 15 ein U-föimiger Lagerkäfig 21 angeordnet, an dem mehrere, hier nicht näher zu. sehende Lufflager angeordnet sind, die den. ersten Messschlitten 15 entlang der Führung 18 fuhren. Dieser erste Messschlitten 15 ist über einen in Figur 1 nicht näher zu seilenden, raten Antrieb 27 angetrieben, der den ersten
Messschlitten 15 entlang der ersten Führung 17 dieser beiden Führungen 17 und 18 antreibt und über einen zweiten, hier ebenfalls nicht näher zu sehenden .Antrieb 30 angetrieben, der den ersten Messschlitten 1.5 entlang der zweiten Führung 18 dieser1 Führungen 1.7 und 18 antreibt. Bei dem ersten Antrieb 27 und dem. .zweit«. Antrieb 30 handelt es sich hierbei uro.. Reibradantriebe, die aus Gründen der Perspektive nicht zu sehen sind, wobei im Falle des Antriebes 27 der Antrieb am ersten Messschlitten 15 befestigt ist und ein hiervon, angetriebenes Reibrad, an der Führung 17 anliegt, während der zweite Antrieb 30 ebenfalls am ersten MessscMitten 15 befestigt ist und ein Reibrad, antreibt, das an der Fiihrung 18 angreift. Die Mechanik 49 weist außerdem, ein Positionsmesssystem 12, 16 auf, das aus einem Maßstab 12 und einem
Maßstabserfassungssensor 16 besteht, über das ein erster Positionsmesswert y *t des ersten Messschlittens 15 relativ zw ersten Führung 17 ermittelt wird und ein. weiteres
Positionsmesssystem. 11, 33 bestehend aus einem Maßstab 1.1 und. einem, zugeordneten
Maßstabserfassungssensor 33 auf, über das ein zweiter Positionsmesswert k-fetdes ersten Messschlittens 15 relativ zur zweiten Führung 18 ermittelt wird. Der Maßstabserfassungssensor 33 ist biorbei aus Gründen der Perspektive in Figur I eicht zu sehen, wird allerding in. den Figuren 2 und 4-7 jeweils dargestellt.
Die Mechanik 49 weist außerdem noch einen zweiten MessscMitten 3 auf, der oftmals als x- Schlitten bezeichnet wird und der entlang dem ersten MessscMitten 15 in der zweiten
Koordinatenrichtung x beweglich gefühlt ist. Auch diesem zweiten MessscMitten 3 ist ein
Positionsmesssystem 13, 34 zugeordnet, das einen Maßstab 13 umfasst und einen aus Gründen der Ansicht nicht sichtbaren Maßstabserfassungssensor 34, der am zweiten Messschlitte 3 befestigt ist und die Miaßstabswerte erfassen kann. Über das diesem zweiten Messschlitten zugeordnete Positionsmesssystem 13, 34 kann die Position XjSt des zweiten MessscMittens 3 relativ zum ersten Messschlitten 15 bestimmt werden. Die Lagerung des zweiten Messschlittens 3 erfolgt in dem vorgesehenen Ausruhrangsbeispiei ebenfalls Iber eine Vielzahl von. Luftlagern, über die sich der zweite MessscMitten 3 gegenüber dem ersten MessscMitten 15 abstützt.
Außerdem ist auch im zweiten Messschlitten 3 ein Antrieb vorgesehen, über den der zweite Messschlitten 3 in der mit dem Pfeil x bezeichneten Koordinatenrichtung entlang dem
MessscMitten 1 bewegt werden kann. Außerdem weist die hier gezeigte Mechanik 49 einen dritten Messschlitten 4 auf (häufig als Pinole bezeichnet), an dessen unteren Ende der Sensor 5 befestigt ist. Dieser dritte Messschlitten 4 kann, hierbei ebenfalls über einen Reibradantrieb, der am zweiten Messschlitten 3 befestigt ist und mit einem Reibrad am dritten Messschlitten 4 angreift, angetrieben werden und umfasst außerdem ein Positionserfassungssystem , das einen am dritten Messschlitten 4 befestigten Maßstab 14 und einen am zweiten Messschlitten 3 befestigten Maßstabserfassungssensor umfasst, der kein eigenes Bezugszeichen aufweist. Der dritte
Messschlitten 4 ist ebenfalls über eine Reihe von Luftlagern, die im zweiten Messschlitten 3 befestigt sind, in der dritten Koordinatcnriehtung z beweglich gelagert. Zur Bewegung des Sensors 5 relativ zum Werkstück 7 in der dritten, mit dem Pfeil z
bezeichneten. Koordinatenrichtung ist jedoch, nicht zwingend der dritte MessseMitten 4 notwendig. Alternativ kann beispielsweise auch die Werkstickauflage 1 in der dritten, mit dem Pfeil z bezeichneten oordinatenriclifüiig verf irbar gelagert sein. Der Sensor 5 wäre in diesem Fall imimttelbar am zweiten Messschlitten 3 befestigt
Mit dem Beziigszeichen 10 ist eine Steuerung bezeiciinet, die dazu da ist die Positionswerte der Positionsmesssysteme 1.2, 1.6; 11, 33; 13, 34; 14 auszulesen, die Signale des Sensors 5 auszulesen, und den besagten ersten Antrieb 27, den. zweiten Antrieb 30 des ersten MessscMittens 15, sowie den Antrieb des zweiten MessscMittens 3 und den Antrieb des dritten Messschlittens 4 anzusteuern. Dazu sind in der Steuerung 10 unter anderem Regler vorgesehen. Die Steuerung 10 umfasst hierbei üblicherweise digitale Regler in. Form von. echtzeitfifliigen. Mikroprozessoren, die die Regelung der Antriebe des Koordinatenniessgerätes entsprechend von
MessaHaufsinfoniiationeii, die durch einen Messrechner 9 bereitgestellt werden, abfahren. Aus den Messweiten der Positionsmesssystmie 1.2, 16; 1 L 33: 13, 34: 1.4 und aus den Signalen des Sensors 5 werden dann in der Steuerung aufgenommene Messpunkte des Werkstückes 7
errechnet und zur weiteren Auswertung an den Messrechner 9 übermittelt
Die erfindttEgsgemäBe Ausgestaltung der Steuerung 10 soll nunmehr in einem
Ausührungsbeispiel im. Zusammenhang mit Figur 2 erläutert werden. In Figur 2 sind hierbei rein schematisch ausgewählte Komponenten des in der Steuerung 10 aus Figur 1 enthaltenen. Reglers gezeigt sowie biennit zusanmienwirkende Komponenten der Mechanik 49. Die
betreffenden Komponenten der Mechanik 49 wurden bereits im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben und weisen hierbei dieselben Bezugszeichen auf wie diese bereits im
Zusammenhang mit Figur 1 erläutert wurden. Es handelt sich, hierbei um den ersten
Messschlitten 15, den zweiten MessseMitten 3, das Positionsmesssysteni 12, 16, über das ein erster Positlonsmesswert jL-ist ermittelt wird, das Positionsmesssysteni 1.1» 33, über das ein zweiter Posiuonsmesswert des ersten Messscblittens 15 relativ zur zweiten Führung 18 ermittelt wird, das Positionsmesssystem 13, 34, über das ein Posinommesswert Xja des zweiten
Messschlittens 3 relativ zum ersten MessseMitten. 15 ermittelt wird, sowie den ersten Antrieb 27, der den ersten Messschlitten 15 entlang einer ersten Führung 17 antreibt und den zweiten Antrieb 30, der den ersten Messschlitten. 15 entlang der zweiten Führung 18 antreibt. Für diese Komponenten wurden dieselben Bezugszeichen verwendet wie im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert. Der Regier» über den der erste Antrieb 27 und der zweite Antrieb 3 angetrieben werden, ist hierbei wie folgt aufgebaut. Der erste Antrieb 27 ist hierbei in einen ersten
Antriebsregelkreis eingebunden, der neben dem. Antrieb 27 zusätzlich einen Stromregler 26 umfasst, wobei der Strornregler 26 auf den .Antrieb 27 einen Strom lL aufschaltet und wobei der tatsächlich im Motor des ersten Antriebes 27 eingestellte Strom Ii st auf den ersten. Stromregler 26 rückgekoppelt wird. Der zweite Antrieb 30 ist in genau derselben Weise in. einen zweiten .Antriebsregelkreis eingebunden, der neben dem Antrieb 30 zusätzlich einen zweiten Stromregler
29 umfasst. Hierbei schaltet der zweite Stromregler 29 einen Strom 1R auf den zweiten Antrieb
30 auf, wobei der tatsächlich im Motor des zweiten Antriebes 30 eingestellte Antriebsstrom IR.^ auf den Eingang des Stromreglers 29.rückgekoppelt wird. Der besagte erste An ebsregelkreis 26, 27 des ersten Antriebes 27 ist hierbei Bestandteil eines ersten Regelkreises, der zusätzlich einen ersten Lageregler 24 und einen ersten Geschwindigkeitsregler 25 aufweist. Dieser besagte erste Regelkreis mit dem ersten Lageregler 24 und dem ersten Gesehwindigkeitsregler 25 arbeitet sehr ähnlich dem Regelkreis, da.- beim Antrieb des ersten Messschlittens 15 m t nur einem einzigen Antrieb 27 benötigt würde. Dieser Regelkreis soll vorab erläutert werden, bevor auf die Kraftvorsteuerung 28, dea Differenzierer 31 , den Differenzierer 50 und den zweiten AnMebsregelkreis 29, 30 eingegangen wird. Sieht man. von dem. noch weiter unten näher erläuterten, ersten raftvorsteuerungswert lL.vorab, so wird die Führungsgr'öße des ersten
Antriebsregelkreises (Strornregler 26 und erster Antrieb 27) durch den Ausgang des ersten Gesch'windigkeitsreglers 25, nämlich durch das Signal I^^u gebildet und die FiihnmgsgröEe des ersten Geschwindigkeitsreglers 25 durch den Ausgang des ersten Lagereglers 24 gebildet, nämlich, dusch das Signal VL*>«. Die Führungsgröße des ersten Lagereglers 24 wiederum wirf durch eine Sollposition ysou gebildet. Wie man aus dem Summatioiispenkt 53 ersehen, kann, ist das auf den ersten Lageregler 24 räckgefiihite Signal der erste Posiüoramesswert yi,.iSt des Messschlittens 15, der durch das Positionsmesssystem (Maßstab 12, Maßstabserfassungssensor 16) erfasst wird. Wie man ferner aus dem Summationspunkt 52 des Geschwindigktitsreglers 25 sehen kann, ist das auf den Gesehwindigkeitsregler 25 rückgeführte Signal die zeitliche
Ableitung des ersten Positionsmesswertes yi.fe». Die zeitliche Ableitung dieses ersten
Positionsmesswertes y^ wird hierbei durch den Differenzierer 32 ermittelt. Art dieser Stelle sollen kurz ein paar Bemerkungen zu den Summ ationspunkten 51-54, 57 und 58 und zu den Verzweigungspunkten 55, 60-70 gesagt werden, die im Zusammenhang mit den Figuren 2-7 verwendet sind. Die Suiiimationspunkte 51-54, 57 und 58 deuten symbolisch eine
Summation und/oder Subtraktion vors, ijnterschiedlichefi. Signalen an, wobei jedem der Signale» die in dem jeweiligen Summationspunkt anliegen ein Vorzeichen + oder-- beigefügt ist. Am Summationspunkt 51 in Figur 2 beispielsweise werden die Signale IL-SOII und IL-VOT wegen des
Vorzeichens + aufsimimiert und hiervon das Signal IL-W wegen des Vorzeichens - subtrahiert. Die hieraus resultierende Regelabweichung liegt am ersten Sti'omregler 26 an. Die
Vazweigoiigspiinkte 55» 60-70 zeigen hingegen eine Verzweigung ein und desselben Signals in unterschiedliche Signalpfade,
Der eben beschriebene Regler, der nur aus Gründen des besseren Verständnisses durch die strichi erte Linie mit dem Bezegszeichen 56 von. den restlichen Komponenten abgegrenzt ist, wäre gmiidsäizlicli geeignet, den orsten MessscMitteii 15 mit nur einem Antrieb 27 anzutreiben. In erfindungsgemäßei" Weise umfasst diese Regelung jedoch zusätzlich nunmehr' eine
Kraftvorsteucrung 28, die eine Ansteuerung des ersten Antriebes 27 und des zweiten Antriebes 30 derart bewirkt, dass sich die Drehmomente, die durch die Beschleunigung des ersten
Messschlittens 15 durch den ersten Antrieb 27 und durch den zweiten Antrieb 30, bezogen auf eine Drehachse Rz, die lotrecht auf die erste oordinatenriclitong yund die zweite
Koordiiiateiirichtuiig x steht, zumindest teilweise oder sogar vollständig kompensieren.
Der letztgenannte Sachverhalt soll nochmals kurz unter Bezugnahme auf Figur 9 illustriert werden. Figur 9 zeigt hierbei eine rein scbematische Darstellung des ersten Messschlittens 15, des zweiten Messschlittens 3 und des dritten Messschlittens 4 aus Figur 1 zur beispielhaften Erläuterung eines Drehmomentes, das durch den ersten Antrieb 27 und den .zweiten Antrieb 30 bezogen, auf eine Drehachse Rz» die lotrecht auf die erste Koordiaatenrichtung v und die zweite oordiiiateririchturig x entstehen körnte. Wie aus Figur 9 ersichtlich, befindet sich der zweite Messschlitten 3 in der zweiten Koordinatenrichtung x .nahezu vollständig am Ende des ersten Messschlittens 1, hier in der Darstellung also ganz links. In der x-y-Ebene ergibt sich hierdurch eine Lage des Schwerpunktes SP, der etwas links von der Hälfte des ersten Messschlittens 15 liegt. Sofern bei einer BescMeunigung des ersten Messschlittens 15 in der ersten
Koordmatenrichtun y der erste Antrieb 27 eine erste Kraft. F! erzeugt und der zweite Antrieb 30 eine zweite Kraft FR «zeugt, so ergibt sich im Schwerpunkt SP ein erstes Drehmoment ML=FL X »L und ein zweites Drehmoment ÄIR==FR x » . Das Bezugszeichen »L bezeichnet hierbei den Hebelarm zwischen dem Schwerpunkt SP und dein Angriffspunkt der Kraft FL- Das
Bezugszeichen s bezeichnet den Hebelann zwischen dem Schwerpunkt SP und dem
Angriffspunkt der Kraft FR. Sofern, das resultierende Drehmoment MR„ = ML + M«, also die Summe des ersten Drehmomentes ML und des zweiten Drehmomentes MR ungleich Null ist, so kommt es zu einer Rotation des ersten Messschlittens 15 um eine im Schwerpunkt SP liegende Drehachse R7, die lotrecht auf die erste Koordimtenrichtung y und die zweite
ooniinateiiriclitung x steht.
Es sei an dieser Stelle ausdrücklich erwähnt, dass die Drehachse Rz nur aus Gründen der .Anschaulichkeit genau in den Schwerpunkt SP des ersten MessschKttens 15 und. der hierauf befindliche Komponenten (zweiter MessscMitten 3, dritter MessscMitten · und Sensor 5) gelegt wurde. Diese Drehachse Rz könnte beispielsweise genauso gut in der zweiten
Koorfinatemichtung x nach links oder nach rechts vom Schwerpunkt SP gelegt werfen. In diesem Falle müsste dann allerdings zusätzlich noch das Drehmoment mitberücksichtigt werden, das sich durch die Beschleunigung des Scliwe^unkles SP bezogen auf die jeweilige Drehachse ergibt.
Zurückkommend auf de Regler gemäß Figur 2 sorgt die besagte Kraftvorsteuerung 28 mit anderen 'Worten also dafür, dass der erste Antrieb 27 eine erste Kraft FL und der zweite Antrieb 30 eine zweite Kraft FR in der .Art erzeugt, dass das resultierende Drehmoment II Reg im Heaifall zo Null wird und die Beschleunigung des ersten Messschlittens 15 in. der ersten
Koordinatenrichtung y eine reine Translation, ergibt.
Um die Ansteuerung des ersten. Antriebes 27 und des zweiten Antriebes 30 in dieser Weise zu bewirken, ist die Kraftvorsteuerung 28 vorgesehen, die einen ersten Kraövorsteuerungswert 1L-VOT ermittelt, der auf den ersten An.triebsregelkre.is (Stromregler .26, Antrieb 27) des ersten Antriebes 27 aufgeschaltet wird und einen zweiten Kraitvorsteuerungswert IR.vot ermittelt, der auf den zweite Antriebsregelkreis (Stromregler 29, Antrieb 30) des zweiten Antriebes 30 aufgeschaltet wird. Der erste Kraft vorsteuerungswert
Figure imgf000021_0001
hierbei auf den Summationspraikt 51 des ersten Stronireglers 26 aufgeschaitet, sodass die Führungsgröße des asten Antriebsregelkreises (Stromregler 26, Antrieb 27} nicht alleine durch den. Ausgang IL-SOII des ersten
Geseliwindigieitsreglers 25 gebildet wird, sondern 'vielmehr durch die Summe des Ausgangs i.L"Sö?i des ersten. Geschwindigkeitsreglers 25 und des ersten Kraftvorsteuerangswertes
gebildet wird. Die Filirungsgröfie des zweiten Antriebsregelkreises {Stromregler 29» Antrieb 30) wird hingegen ausschließlich durch den zweiten Kraftvorsteuerungswert 1*.^ gebildet Damit wird der von der Kraftvorsteuerung 28 ermittelte erste Kraftvorsteuerungswert IL-VOT auf den ersten Antriebsregelkreis (Stromregler 26, Antrieb 27) des ersten Antriebes 27 aufgeschaitet und der zweite durch die .Kraftvorsteueran,g 28 ermittelte zweite raftvorstenerimp ert IR, auf den zweiten Antriebsregelkreis (Stromregler 29, Antrieb 30) des zweiten Antriebs 30 aufgeschaltet. insoweit ist der erste Kraflvorsieuerongswert Ii..Vor ein Strom wert, der auf den Stramregler 26 des ersten Antriebsregelfcreises (Stromregler 26, Antrieb 27) aufgeschaltet wird. Genauso ist auch der zweite raftvoTsteueraegswert IR_vo,. ein Stromwert, der auf den Stromregler 29 des zweiten An triebsregelkrei ses (Stromregler 29, Antrieb 30) abgeschaltet wird. Der erste
Kraft vorsteueixragswert IL-W definiert: damit also den. vom ersten Stromregler 26 in den ersten. Antrieb 27 einzuprägenden Stromwert, und der zweite Krafrvorsteuerimgswert
iR-vor definiert den vom zweiten Stromregler 29 in den zweiten Antrieb 30 einziiprägeiiden Stromwert, wobei diese Stromwerte proportional zur Kraft sind, die die Antriebe 27 und 30 entsprechend den jeweiligen Stromwerten erzeugen sollen. Der erste raftvorsteuerangswert: IL.. VOT, wie auch, der zweite Kraftvorsteuerangswert l .vor hängen von zwei Faktoren ab. Zum einen, hängen diese Werte vom Betrag der Sollbeschleunigung ,]] ab, mit der der erste Messschlitten 15 gemeinsam mit den hiervon getragenen Komponenten (zweiter MessscMitten 3, dritter MessschJitten 4 'und Sensor 5) in der ersten Koordinatenmessrichtong y beschleunigt werden sollen. Zum anderen hängen diese Werte vom Schwerpunkt SP des Messschlittens 15 und der hiervon getragenen Komponenten (zweiter MessscMitten. 3 , dritter .MessscMitten. 4 und Sensor 5) in der zweiten. Koordinatenrichtung x ab. Die genaue Lage des Schwerpunktes SP ist für die Ermittlung des ersten Kraftvorsteuerungswertes I^mirnd des zweiten Kraftvorsteuerungswertes IR-TOT allerdings nicht notwendig. Da sich der Schwerpunkt SP linear mit der Position. x.jst des zweiten Messschlittens 3 in der zweiten oordinateerichtuiig x bewegt, reicht zur Ermittlung des ersten. Kraftvorsteuerungswertes IL-VOT und des zweiten Kraftvorsteuerungswertes IR..vot die Ermittlung der aktuellen Lage x.jSt des zweiten Messschlittens 3 in. der zweiten
oordinatenrichtimg x.
Die Sollbeschleunigung a^u wird hierbei aus der Sollposition ysoi durch zweifache zeitliche Ableitimg über die beiden Differenzierer 50 und 31 ermittelt. Die aktuelle Position XjSt des zweiten Messschlittens 3 relativ zum ersten. MessscMitten 15 wird, wie bereits oben, erwähnt, über ein Positionsmesssystem (Maßstab 13 und Maßstabserfassungssensor 34) bestimmt,
Figur 3 zeigt hierbei eine rein schematische Prinzipdarsteliuiig der Kraftvorsteuerung 28 aus Figur 2, in der in Abhängigkeit von der erfassten Position des zweiten Messschlittens 3 und in Abhängigkeit von einer einzustellende Sollbeschleunigung a^u des ersten. Messschlittens 15 der eiste Kraftvorsteuerangswert li.-VOr und der zweite Kraftvorsteuerungswert IR.VOT ermittelt werden. Wie anhand von der Fraiktionsgruppe 45 ersehen werden kann, wird der erste Kraftvorsteuerun gswert IL-VOT aus dem Produkt der Solibesc eunigung a^u mit einem eisten
ProportionalitätsfaktoT d-ia nach folgender Gleichung ermittelt:
Gleichung 1 :
Figure imgf000023_0001
" asott
Der erste Proportionalitätsfiiktof' CL..jSt ergibt sich über eine Intei olatioimOrschriil,, die durch die Fuiikii.onseiiiheit 43 in Figur 3 dargestellt ist nach folgender Funktion:
Gleichung 2: CL-U^LI + li&z ~ Qi) *
Hierin bedeuten: x.jst: Erfasste Position des zweiten Messschlittens 3 in da- zweiten
Koordinatei ichtung x x . Eine erste Position des zweiten Messschlittens 3 an einem ersten Ende des
ersten. Messschlittens 15 in der zweiten Koordinatenrichtung x
C[.i : Ein. erster Proportionalitätsfaktor für die erste Position xi des zweiten Messschlittcns
3 als fester Wert x2: Eine zweite Position des zweiten Messschlittens 3 am zur Position x,i.
entgegengesetzten Ende des ersten Messschlittens 15 in der mit dem Pfeil x bezeichneten zweiten Kooixiinatenrichtung
C\2- Ein erster Proportionalitätsfaktor fik die besagte zweite Position X2 des zweiten
MessscMittens 3 als fester Wert
Die besagten Werte xj. CD , X2 und C werden aus einer Tabelle 42 entnommen, in der die betreffenden Werte hinterlegt sind.
Wie aus der Funktionsgrappe 46 ersichtlich» wird der zweite Kjaftvorsteeerungswert IR.vor aus dem Produkt der SoUbescbleunigune
Figure imgf000023_0002
ermittelt. Es wird hierbei folgende Funktion verwendet: Gleichung 3:
Figure imgf000024_0001
* «so«
Der zweite Proix rtionalitätsfaktoT CR..iSt wird, wie durch die Pmklionsgruppe 44 dargelegt, ebenfalls durch eine lineare Interpolation über eine nachfolgende Gleichung ermittelt
Gleichung 4: Cn-ist CRI +' Κ Ώ
Figure imgf000024_0002
Hierin bedeuten.: χ,α'. Erfasste Position des zweiten Messschlittens 3 in der zweiten Koordinatemichtung x i: Eine erste Position des zweiten MessscMittens 3 an einem eisten Ende des ersten Messschlittens 15 in der zweiten Koordinatenrichtiaig x
CR):Ein zweiter Proportionalitätsfaktor für die erste Position xt des zweiten
Messschlittens 3 als fester Wert x2: Eine zweite Position des zweiten Messschlittens 3 ain zur Position xt
gegenüberliegenden. Ende des ersten Messschlittens 15
CK»: Zweiter Propojrtionalitätsfaktor für die besagte zweite Position x2 des zweiten
MessscMittens 3 als fester Wert Die Werte x(, Qu, X2 und CR2 sind ebenfalls in. der Tabelle mit dem Bezugszeichen 42
gespeichelt.
Damit ist also der erste Proportionalitätsfaktor C a in Form eines dem ersten
Propoitionaiitätsfaktor Qu* zugeordneten ersten festen Wertes CLI för eine erste Position xj des zweiten MessscMittens 3 gespeichert und in Form eines dem ersten. Proportionalitätsfaktor Ci,.iSt zugeordneten zweiten festen Wertes C för eine zweite Position x2 des zweiten MessscMittens gespeichert. Der für die aktuelle Position. Xist des zweiten. MessscMittens 3 geeignete erste Proportionalitätsfaktor CL-ISI: wird dann unter Verwendung der aktuellen Position xlst des zweiten. MessscMittens 3 durch. lineare Interpolation oder lineare Extrapolation, aus dem dem ersten Proportionalitätsfaktor zugeordneten ersten festen Wert Cn und dem dem ersten Proportionalitätsfaktor zugeordneten, zweiten festen Wert CR ermittelt
Außerdem ist der zweite Proportionalitätsfaktor C-R-ist in Form eines dem zweiten
Proportionalitätsfaktor CR^ .zugeordneten ersten festen Wertes CR; für eine erste Position X | des zweiten MessscMittens 3 gespeichert, und in Form eines dem zweiten Proportionalitätsfaktor OfUst zugeordneten zweiten festen Wertes CR2 & eine zweite Position x2 des zweiten
Messsdiiittens 3 gespdchert. Der für die aktuelle Position XjSt des zweiten MessscMittens 3 geeignete zweite Proportional itätsfektor CR.,* wird dann unter Verwendung der aktuellen
Position des zweiten MessscMittens XiSt durch lineare Interpolation oder lineare Extrapolation aus dem dem zweiten Proportionalitätsfaktor CR.,-« zugeordneten ersten festen Wert CR I und dem. dem zweiten Proportionalitätefaktor CR^ zugeordneten zweiten festen Wert Cm* ermittelt
Die Werte xj, Cn, CR I , X2, CL2 und CR können auf einfache Weise in einem Kalibrierverfahren empirisch ermittelt werden und in der Tabelle 42 abgespeichert werden. Die empirische
Ermittiung geht hierbei wie folgt vor sieh. Zunächst wird der zweite Messschlitten 3 in der zweiten Kwrdinatenrichtung x an einem ersten Ende des ersten MessscMittens 15 positioniert und hierfür die Position. Xj ermittelt. Außerdem werden in der Funktionsgruppe 45 und die
Fonktionsgruppe 46 austeile eines errechneten ersten Proportionaiitätsfaktors Cust
beziehungsweise eines errechneten zweiten ProportionaJitätsfaktors CR unterschiedliche Werte eingesetzt und diese Werte so lange variiert; bis sich die Drehmomente, die durch die
BescMeunigimg des ersten MessscMittens 15 durch den ersten Antrieb 27 und durch den zweiten Antrieb 30 bezogen, auf die betreffende Drehachse Rz, die lotrecht auf die erste und die zweite oordkateimcfatong steht im Wesentlichen vollständig kompensieren,
Das Auftreten von Drehmomenten, wird durch Vergleich des ersten Maßstabswertes yi,.^, der die
Position des ersten MessscMittens 15 in der ersten Koordmatenrichtung y entlang der ersten
Führung 17 repräsentiert mit einem zweiten Maßstabsweit yR-jst, der die Position des ersten Messschlittens 15 in der ersten. Koordmateririchmng y entlang der zweiten Führung 18 repräsentiert, ermittelt.
Die gemessene Position x, und der erste Proportionalitätsfaktor Cu^und der zweite
Proportionali tätsfaktor C .^ werden in. der Tabelle 42 als Werte xi, Co und CRI abgespeichert.. Der zweite Messschlitten 3 wird nunmehr genau an das entgegengesetzte Ende des ersten Messschlittens 15 in. der zweiten K.oordin.aienrichtueg x bewegt und hier die Position x des zweiten Messschlittens 3 ermittelt und in der oben beschriebenen Weise auch für diese zweite
Position x2 ein erster Proporfionalitätsfaktor Cu und ein zweiter Proportionaiitätsfaktor CR2 ermittelt. Diese Werte werden nunmehr ebenfalls als Werte x2, C und CR in der Tabelle 42 abgelegt.
Die Ermittlung des ersten. Praportionai tsfkkters Cnst und des zweiten Proportionalitätsfaktors du« für die erste 5dilittenposilio.il xi und iur die zweite ScMittenposition x2 kann
selbstverständlich alternativ auch über ein physikalisches Rechenmodell ermittelt werden. Beispielsweise kann aus den. Konstruktionsdaten für die läge j und die Lage x2 der jeweilige Schwerpunkt in. der zweiten Koordinatenrichtung x ermittelt werden, hieraus wiederum das Verhältnis der Kräfte, die der erste Antrieb 27 und der zweite Antrieb 30 aufbringen, müssen, um bei dem gegebenen Schwerpunkt den ersten Messschlitten 14 drehmomentfrei bewegen zu können. Über die Kennlinien der Elektromotoren der Antriebe 27 und 30 können, dann für die betreffenden Stellungen die erste Propoitionaiitätskonstante Ct..« und die zweite
Proportionalitätskonstante Ciust ermittelt werden.
Figur 4 zeigt eine rein schematische Darstellung gemäß einer zweiten Ausffitmngsfonii eines Reglers» der den ersten Antrieb 27 und den zweiten Antrieb 30 des Koordinatenmessgerätes in erfmdimgsgemaßer Weise ansteuern kann. Hierin, sind nahezu dieselben. Komponenten wie in (lern. Ausfuhrungsbei spiel eines Reglers gemäß Figur 2 gezeigt Insofern sind gleiche
Komponenten mit gleichen. Bezngszeichen belegt. Der einzige Unterschied des Reglers gemäß Figur 4 gegenüber dem Regler gemäß Figur .2 ist hierbei darin zu sehen, dass die
Ki'aftvorsteuerung 28, anders als in Figur 2, nur einen Kraft'vorsteiierangswert iR..vor auf den zweiten Antriebsregelkreis (Stromregler 29, Antrieb 30) aufschaltet. Die Führungsgröße des ersten Antriebsregeikreises (Stromregler 26, Antrieb 27) wird in diesem Ausfiihnmgsbeispiel einzig und allein durch den Ausgang des ersten Geschwindigkeitsreglers 25 gebildet. In diesem Falle ist damit also die vom ersten Antrieb 27 einzustellende Kraft nicht mehr durch den ersten Kraftvorstenerungswert It„V0T als wesentlicher Anteil der Führungsgröße des ersten
Antriebsregeikreises 26, 27 vorgegeben, sondern muss vollständig durch den ersten
Gesc windigkeitsregler 25 gebildet werden.
Auch wenn sich mit dieser in Figur 4 gezeigten Ausfuhnmgsf nn die Drehmomente, die durch, die Beschleunigung des ersten Messschlittens 15 durch den ersten Antrieb 27 und durch den zweiten. Antrieb 30 bezogen auf eine Drehachse Rz, die lotrecht auf die erste und die zweite Koorfinateniicfatang steht» nicht ganz so gut kompensiert lassen, wie dies mit der
Ausführongsforai gemäß Figur 2 der Fall ist, ist dieser Regler trotzdem geeignet diese
Drehmomente relativ gut zu vermindern. Der Grund hierfür ist, dass der Kxaftvorsteiierangswert IR-VOT nach wie vor in. Abhängigkeit von der erfassten Position XjSt des zweiten Messscb.litte.tis 3 und in Abhängigkeit von einer einzustellenden Sol lbesch 1 eunigung a»« bestimmt wird. Man kann nämlich davon ausgehen, dass der erste Lageregler 24 und der erste Geschwindigkeitsregler 25 für eine bestimmte Soilbeschleiuiigung aÄ»n immer in. etwa dieselbe Ftlltrungsgröße
Figure imgf000027_0001
an den ersten. Antriebsregelkreis 26, 27 liefert. Der Grund erfür ist, dass die Sollbeschleunigung asou implizit durch die Sollposition y^n festgelegt ist, wobei die Sollposition ySoii ja als
Führungsgröße des ersten La.geregl.ers 24 genutzt wird.
Mit dieser Prämisse kann, die Kraftvorsteiierang 28 abhängig von der erfassten. Position, ** des zweiten .Messschlittens 3 und in Abhängigkeit von einer einzustellenden Sollbeschleimigimg a^u des ersten Messschlittens 15 einen zugeordneten raftvorsteuerangswert 1R-wm- ermitteln und auf den zweiten Antriebsregelkreis 29, 30 aufschalten..
Die Bestimmung des Ki'afhOrsteiierungswertes IR..V„ geht hierbei ganz genauso vor sich, wie dies im Zusanmienhang mit der Beschreibung der raftvorsteuerimg 28 in Figur 3 für den zweiten raftvotstaierangswert IR.W erläutert wurde. Auch die Bestimmung der beiden
Proportioiiaiitltsfaktoreii. Qu und CM geht ganz genauso vor sich, wie dies oben, im
Zusammenhang mit Figur 3 erläutert, wurde.
Im Übrigen könnte natürlich auch der Regler gemäß Figur 2 genauso betrieben werden, dass dieser wie der Regier gemäß Figur 4 arbeitet. Dazu müsste einfach nur fiir den dem. ersten Proportionalitätsfaktor Qu« zugeordneten ersten festen Wert: Cu und für den dem asten
ProportionalitätsfattOr CL4St zugeordneten zweiten festen Wert C „jeweils da- Wert 0
vorgegeben werden. Nach Gleichung 2 ergibt sich dann nämlich für den ersten
Proportionalitätstaktor Cua der Wert 0 und damit für den. ersten Kraiivorsteuerungswert
Figure imgf000027_0002
ebenfalls der Wert 0. Der Effekt hiervon ist, dass der erste raftvorsteueriHigsweit
Figure imgf000027_0003
damit keinen Beitrag mehr zu. der Fülirungsgrdße des ersten Antriebsregelkreises mehr liefert, was dann genau Figur 4 entspricht. Damit urnfasst die in Figur 4 gezeigte Steuerung somit eine Rraftvorsteuerung 28, die in
Abhängigkeit von der erfassten Position XiSl des zweiten MessscMittens 3 und in Abhängigkeit, von einer einzustellenden Sollbeschleunigung ason des ersten Messsehlittens 15 eine .Ansteuerung nur des zweiten Antriebes 30 derart bewirkt, dass sich die Drehmomente, die durch die
BescMeumgung des ersten MessscMittens 15 durch den ersten Antrieb 27 und durch den zweiten Antrieb 30 bezogen auf eine Drehachse Rz, die lotrecht auf die erste und die zweite
Koordinatenrichlimg steht, zutmndest teilweise oder sogar vollständig kompensieren.
Der einzige Kraftvorsteiierungswert IR-VW ist im vorliegenden Fall ein Stromwert, der auf den
Stromregler 29 des zweiten Antriebsregelkreises 29, 30 aufgeschaltet wird. Die
raftvorsteuerungseinheit 28 ermittelt diesen Kraftvorsteuerungswert IR„vor aus dem Produkt der
SollbescMeunigung
Figure imgf000028_0001
mit einem Proportioiialiiätsfaktor Ci,iSt.. Der ProporSionalitätsfaktor CR.*« ist hierbei in Form eines dem Proportionalitätsfaktor zugeordneten ersten festen Wertes CRI für eine erste Position xi des zweiten Messsehlittens 3 gespeichert und in Form eines dem
Proportiofialitätsfatoor C-R-M zugeordneten zweiten, festen Wertes CR2 & eine zweite Position x2 des zweiten MessscMittens 3 gespeichert, wobei der Proportionalitätsfaktor CR.** unter
Verwendung der aktuellen Position Xjst des zweiten Messschlittens 3 durch lineare Interpolation oder lineare Extrapolation aus dein dem Preportionaiitätsfaktor Qu* zugeordneten ersten festen Wert C I und dem dem Proportionalitätsfaktor C .^ zugeordneten zweiten festen Wert C 2 ermittelt, wird.
Figur 5 zeigt eine rein thematische Darstellung gemäß einer dritten Ausfiihrangsforfn eines Reglers, der den ersten Antrieb 27 und den zweiten. Antrieb 30 des Koordinatenmessgerätes in erfindungsgernäßer Weise ansteuern kann. Hier sind nahezu, dieselben Komponenten wie in dem Aiisffiramgsbeispiel eines Reglers gemäß Figur 2 gezeigt. Insofern sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeiciien belegt... Der einzige Unterschied des Reglers gemäß Figur 5 gegenüber dein Regia* aus Figur 2 ist. hierbei darin zu sehen, dass der Ausgang Ι^«,Η des ersten Geschwindigkeitsreglers 25 zusätzlich auch als Führuingsgröße auf den Siimmatioiispuiikt 54 des Stromreglers 29 des zweiten Aatriebsregelkreises (Stromregler 29, Antrieb 30) aiifgescfaaJtet wird., insoweit ist bei diesem Regelkreis die Führungsgröße des zweiten Antriebsregelkreises (S tomregier 29, Antrieb 30) durch die Summe des Ausganges IL,SOH des ersten
Geschwindigkeitsreglers 25 und des zweiten Kraftvorsteuerungswertes IR..vot gebildet. Der betreffende 'Regler ist soweit gut funktionstüchtig. Wie bereits in. der Bescbreibwngsaiileitong detailliert beschrieben, neigt dieser Regler allerdings im Unterschied zum Regier gemäß Figur 2 dazu, bedingt durch die Airfschaltong des Ausgangs !i,„sondes ersten Geschwindigkeitsreglers 25 als FüJirangsgröße für den zweiten AnMebsregelkreis (Stromregler 29, Antrieb 30), dass der erste Messschlitten 15 zu Schwingungen angeregt, wird. Figur 6 zeigt eine gniiidsätelich vierte Variante einer Regelung der Antriebe 27 und 30 des ersten Messschlittens 15 , Der Regelkreis gemäß Figur 6 stellt hierbei eine Erweiterung des
Regelkreises gemäß Figur' 2 dar. Gleiche Komponenten wie in Figur 2 tragen hierbei dieselben Bezugszeichen wie in Figur 2. Gegenüber dem Ausiiihrungsbeispiel gemäß Figur 2 ist der Regia." gemäß Figur 6 dadurch ergänzt, dass der zweite Antriebsregelkreis (Stromregler 2,9, Antrieb 30) des zweiten Antriebes 30 Bestandteil eines zweiten Regelkreises ist, der zusätzlich einen, .zweiten. Lageregler 35 und einen zweiten Geschwindigkeitsregler 36 aufweist. Wie aus dem Summationspunkt 54 des Stromreglers 29 ersehen werden kann» wird die FüJirungs große des zweiten Antriebsregelkreises (Stromregler 29» Antrieb 30) durch die Summe des Ausgangs IR-SOII des zweiten Geschwindigkeitsreglers 36 und des zweiten. raf vörsteuerurigswertes ..R.VOR gebildet. Die Führangsgröße des zweiten Geschvrincügkeitsreglers 36 wird durch den. Ausgang R »Ii des zweiten Lagereglers 35 gebildet. Die Führungsgröße des zweiten Lagereglers 35 hingegen wird genau, wie die Führungsgröße des ersten Lagereglers 24 durch die Sollposition y,,-..! gebildet. Wie aus dem Simimalionspunkt 58 des weiten Lagereglers 35 ersichtlich, ist das auf den zweiten .Lageregler 35 rückgerutate Signal der .zweite Positionsmesswert y^des .Positionsmesssystems (Maßstab 11, Maßstabserfassungssensor 33) und das auf den zweiten Geschwindigkeitsregler 36 riickgefBbrte Signal die zeitliche Ableitung dieses zweiten
Positionsmesswertes ^. Zur zeitlichen Ableitung ist hierbei ein. Differenzierer 37 vorgesehen.
Eine grandsätzliche fünfte Variante eines Reglers zur Ansteuerung des ersten Antriebes 27 und des zweiten Antriebes 30 ist in Figur 7 zu sehen. Diese vierte Ausfuhrungsvariante wird, mit Bezugnahme auf Figur 6 erläutert. Gleiche Bauteile 'wie in Figur 6 sind hierbei wiederum mit den gleichen Bezugszeichen belegt Ein erster wesentlicher Unterschied, gegenüber dem Regler gemäß Figur 6 ist hierbei darin, zu sehen, dass auf den. ersten Lageregler 24 und den ersten Geschwindigkeitsregler 25 nicht die ersten Positionsmesswerte y^und ihre zeitliche Ableitung rückgefiihrt werden. Anstelle dessen wird ein Mittelwert aus dem ersten Positionsmesswert y t-ist und. dem zweiten Positionsmesswert ys..jSt auf den ersten Lageregier 24 rückgekoppelt Dieser Mittelwert, wird über ein Mittel wertglied 39 nach folgender Formel ermittelt:
Gleichung 5: yist = (yL^ist + yR,.„t-si)/2 Auf den ersten Geschwindigkeitsregler 25 wird die zeitliche Ableitung des Mittelwertes y;st rückgekoppelt, die durch den Differeozierer 41 ainitteli wird. Außerdem, wird der Ausgang It-iä0ji des ersten. GeschwiEiligkeitsreglers 25 zusätzlich, über den Vei-zweigungspunkt 62 auch als Teil der FöhriBigsgröße an den S'rnnniaiionspufikt 54 des zweiten. Stronireglers 29 aufgeschaltet. Das Verhalten dieses ersten. Regelkreises kann, hierbei so verstanden werden» dass die Lage des ersiai Messscfaiittees 15 hier nicht entlang nur einer Bewegungsachse des ersten Antriebes 27 geregelt wird, sondern, vielmehr entlang einer fiktiven..Antriebsachse, die in der Mitte zwischen den beiden Beweglingsachsen der Antriebe 27 und 30 liegt. Di.es ergibt sich daraus» dass der
jeweilige Positionsistwert als Mittelwert der beiden Posittonsmesswerte yi t und ΥΗ- der beiden Achsen vorgegeben wird. Folgerichtig Hegt auch der Ausgang Ii^n des ersten
Geschwindigkeitsreglers sowohl an dem ersten AnMebsregelkreis (Stromregler 26, Antrieb 27) als auch am zweiten. Anteebsregelkreis (Stromregler 29, Antrieb 30) als Führungsgröße an. Ein weiterer wesentlicher Unterschied, ist auch im zweiten Regelkreis mit dem zweiten Lageregler 35 und dem zweiten Geschwindigkeitsregier 36 zu sehen. Wie hieraus zu sehen., ist die
FüJirungsgröße des zweiten Lagereglers 35 gleich Null. Ais R ückfu rungsgröße für den zweiten Lageregler 35 wird hingegen der Differenzwert Ay*« verwendet, der sich als Dififererizwert zwischen dem ersten Positionsmesswert yu* und dem zweiten Positionsmesswert ergibt. Der Differenzwert Ay.jst wird hierbei in der .E)iffererizberechriungseiiiheit 38 nach folgender
Formel ermittelt:
Gleichung 6: Ayist = yL_ c yR st
Als Rückführungsgröße auf den zweiten Geschwindigkeitsregier 36 wird hingegen die zeitliche Ableitung des DitYerenzsignals Ay verwendet, die durch den Differenzierer 40 emaitteli wird. Der Ausgang lR.sondes zweiten Geschwindigkeitsreglers 36 wird nunmehr nicht nur als Teil der Fiih.rangsgröße des Strom.regl.ers 29 des zweiten Antriebsregeikreises (Stromregler 29, Antrieb 30) verwendet, sondern giei.ch.faUs auch als Teil der Führungsgröße des Stronireglers 26 des ersten Antriebsregeikreises (Stromregler 26, Antrieb 27). Wichtig ist hierbei zu bemerken, dass der' Ausgang IRSCH des zweiten Geschwindigkeitsreglers 36 als Teil der Fihr uigsgröBe für den Stromregier 29 des zweiten Ajatriebsregelkreises und den Stromregler 26 des ersten
Antriebsregelkreises mit unterschiedlichem Vorzeichen eingeht. Wie an dem Vorzeichen des S'ummationspunktes 54 des Stromreglers 29 ersichtlich ist, geht der Ausgang IR.«3D des zweiten Geschwindigkeitsreglers .36 mit positivem Vorzeichen als Teil der Führungsgröße in den Stromregler 29 des zweiten Antriebsregelkrdses ein, während dieselbe Ausgangsgröße auf den Summationspunkt 51 des Stromreglers 26 des erst«. Antriebsregelkreises mit negativem
Vorzeichen als Teil der Führungsgröße des Stroniregiers 26 eingeht. Hierdurch kann nunmehr sichergestellt werden, dass Abwdchungen zwischai dem ersten Positionsmesswert yi i und dem zweiten Positionsmesswert γ&4* eiiigegengewirkt wird. Dies funktioniert, indem als
Führungsgröße für den. zweiten Lageregler 35 die Größe Null vorgegeben ist. Diese
Fübnmgsgröße Null bezeichnet die gewünschte Positionsdifferenz zwischen dem. ersten
Positionsmesswert yu* und den. zweiten Positionsmesswert y^. Die auf den zweiten
Lageregler 35 rückgelührte Positionsdifferenz Δν** und auch dessen zeitliche Ableitung., die auf den zweiten Geschwindigkeitsreglers 36 riiciigeiuhrt ist, 'repräsentieren hiermit die tatsächlich vorherrschende Differenz zwischen dem ersten. Positionsmesswert jL-ist und dem zweiten
Positionsmesswert yR.iSt. Durch Aufschalten des Ausganges IR.SOH als Teil der Führungsgroße des Stroniregiers 29 des zweiten Antriebsregelkreises und auf den Stromregler 26 des ersten
Antriebsregelkreises mit unterschiedlichem Vorzeichen wird erreicht, dass Differenzen, zwischen dem ersten Positionsmesswert y^ und dem zweiten Positionsmesswert y .^ reduziert oder komplett beseitigt werden. Bei dem Regler gemäß Figur 7 ist also das auf den ersten Lageregler 24 räekgeflkrte Signal der Mittelwert yy* aus dem ersten. Positionsmesswert jwstund dem.
zweiten Positionsmesswert yR-jades ersten Messschlittens 15 'und das auf den ersten
Geschwindigkeitsregler 25 röckgefulirte Signal die zeitliche Ableitung des besagten Mittelwertes ist. Das auf den zweiten Lageregler 35 riickgefiihrte Signal ist der Differenzwert Δγ,·8ί zwischen, dem ersten Positionsmesswert yi^ nd dem. zweiten Positionsmesswert. y^ des ersten.
Messschlittens 15 und das auf den. zweiten Gescbwindigkeitsregler 36 riickgefiihrte Signal ist die zeitliche Ableitung des besagten Differenzwertes Ayj«. Wie bereits oben ausgeführt, können die in den Figuren 2-7 gezeigten Regler nicht nur in einem BrOckenmessgetit verwendet werden, wie es in Figur 1 gezeigt ist, sondern beispielsweise auch 'in einem Portalmessgerät, bei dem der erste Messschlitten in Form eines die Werkstückauflage überspannenden. Portais ausgebildet ist und die erste Fuhrung und die zweite Führung in vertikaler Richtung im Bereich der Werkstiicl.ca.ufla.ge angeordnet sind, wie dies Figur 8 zeigt. n Figur 8 ist ein derartiges Portalmessgerät 48' gezeigt, wobei, die analogen Komponenten, wie das Bruckenmessgerät 48 gemäß Figur 1 die analogen Bezugszeichen aufweisen und zur
Unterscheidung mit einem Strich dahinter versehen sind. Der einzige wesentliche Unterschied ist hierbei in der Ausgestaltung des ersten Messschlittens 15' zu sehen, da- hierbei, anders als in Figur 1 , nicht nur durch einen biückenartigen Balken die erste Führung und die zweite Führung miteinaader vorbindet, sondern der hierbei zusätzlich .zwei vertikal ausgerichtete Säulen aufweist, die die Horizontale, die Werkstickauilage überspannende Traverse, tragen,
Daiientsprechend ist auch die erste F hrung 17' und die zweite Fübrang 18' nicht auf stützen tiochgeiegi, sondern, vielmehr befinden sich die erste Führung 17' und die zweite Führung 18' in vertikaler Richtung im Bereich, der Werkstückauflage 1 * und werden beispielsweise durch die Werkstückauflage I * selber gebildet, im Übrigen gelten die för das ooriinateiimessgerit 48 in Figur 1 gemachten Aus mtngen vollkommen analog auch für das in Figur 8 gezeigte
oordiiiatenDiessgeräi 48* vom .Portaltyp.
Bezugszeichenliste:
1; Werkstückauflage 36 zweiter Geschwindigkeitsregler
3; 3' zweiter Messschlitten 37 Differenzierer
4; 4' dritter Messschlitten 38 DifFererizberechnungseinheit
5; 56 Sensor 39 Mittelwertglied.
7; T Werkstück 40 Diflerenzierer
9; 9' Messrechner
10; 10' Steuerung 42 Tabelle
I !..;!. Γ Maßstab 43 Errechnung des ersten Proportionalitätsfaktors
12; 12* Maßstab 44 Errechnung des zweiten Proportionalitätsfaktors
13;13' Maßstab 45 EiTectaung des ersten. Kraftvorsteuerungs ertes
1 ; 14' Maßstab 46 Errechnung des zweiten
15 ; 154 erster Messschlitten Kraftvorsteueniiigs ertes
16 Maßstabserfassungssensor 48 48' Koordinatenmessgerät
17; 17' erste Führung 49;49' Mechanik
18; 18' zweite Fuhrung 50 Differenzierer
1 a» 19b Stütze 51-54 Summationspunkt
20a, 20b Stütze 55 Verzweigungspunkt
22 Basis 56 Erster Regelkreis
23 Luftlager 57-58 S uBmationspunkt
24 erster Lageregler 60-70 Verzweigungspunkt
25 erster Geschwindigkeitsregler
26 erster Strornregler
2? erster Antrieb
28 Kraftvorsteuerung
29 zweiter Stromregler
30 zweiter Antrieb
31 Differamerer
32 Differenzierer
33 Maßstabserfassungssensor
34 Maßstabserfassungssensor
35 zweiter Lageregler Xsst Positiosmesswert des zweiten
Messschlittens 3
'L-ist erster Positionsmesswert des ersten
Messschlittens 15
yR-ist zweiter Positionsmesswert des ersten
Messschlittens 1,5
yist Mittelwert
Ayjst Differenzwert
yson Sollposition
asoii Sollbeschleunigung
CY-ist erster P.toportionalitätsfaktor
C' -ist zweiter Proporti onalitäts faktor
t-vor erster Krailvorsteuerungswert
IR.VOT zweiter Kraftvorsteuerungs ert
VL-SOH Führungsgröße Sollgeschwindigkeit
V -SOII Führungsgrößc Sollgeschwmdigkeit
z Drehachse
SP Schwerpunkt
FL erzeugte Kraft des ersten Antriebs 27
FR erzeugte Kraft des zweiten Antriebs 30 EL Hebelarm zwischen Schwerpuntk SP und
.Angriff der Kraft FL
a- Hebelarm zwischen Schwerpuntk SP und
Angriff der Kraft FR
ML Drehmoment, das durch Kraft FL erzeugt' wird Ms Drehmoment, das durch Kraft FR erzeugt wird MRO resultierendes Drehmoment im Schwerpunkt SP

Claims

Patentansprüche:
1. ) Koordinatenmessgerät (48; 48') mit
- einer Werkstückauflage (1 ;Γ) zur Lagerung eines zu vermessenden Werkstückes (7;7')
- einer Mechanik (49;49') zur Bewegung eines Sensors (5,5') in zumindest einer ersten. Koordinatenrichtung (y) und einer senkrecht dazu stehenden zweiten
Koordinatenrichtung (x), wobei die Mechanik dazu umfasst:
— einen ersten Messschlitten (15; 15'), der entlang von zwei parallelen Führungen (17,18; 17", 18') in der ersten Koordinatenrichtung (y) geführt ist, die auf gegenüberl i egenden Seiten der Werkstückauilage (1 ; ) angeordnet sind, und der erste Messschlitten (15; 15') die Werkstückauflage (LT) überspannt, wobei dieser erste Messschlitten (15; 15') über einen ersten Antrieb (27) angetrieben ist, der den ersten Messschlitten (15; 15') entlang einer ersten Führung (17; 17') dieser Führungen antreibt und über einen zweiten Antrieb (30) angetrieben ist, der den ersten Messschlitten (15; 15*) entlang der zweiten Führung (18; 18') dieser Führungen antreibt
— einen zweiten. Messschlitten (3; 3'), der entlang dem ersten Messschlitten (15; 15*) in der zweiten Koordinatenrichtung (x) beweglich geführt ist, wobei diesem zweiten Messschlitten (3; 3*) ein Positionsmesssystem (13, 34; 13') zugeordnet ist, über das die Position (xjSt) des zweiten MessscMittens (3; 3') relativ zum ersten Messschlitten (15; 15') bestimmt werden kann
- einer Steuerung (10; .10') die zumindest den ersten Antrieb (27) und den zweiten Antrieb (30) ansteuert, wobei die Steuerung eine Kraftvorsteuerung (28) umfasst, die in
Abhängigkeit von der erfassten Position (XjSt) des zweiten MessscMittens (3; 3') und in Abhängigkeit von einer einzustellenden Sollbeschleunigung (ageti) des ersten
MessscMittens (15; 15') eine Ansteuemng des ersten Antriebes (27) und/oder des zweiten Antriebes (30) derart bewirkt, dass sich die Drehmomente, die durch die Beschleunigung des ersten Messschlittens (15; 15') durch den ersten. Antrieb (27) und durch, den zweiten .Antrieb (30) bezogen auf eine Drehachse (Rz), die lotrecht auf die erste und die zweite Koordinatenrichtung steht, zumindest teilweise oder sogar vollständig kompensieren.
2. ) Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1 , wobei die Krafrwrsteuerang (28) einen ersten.
Kraftvorsteuerungswert (Ii..v<x) ermittelt, der auf den ersten Antriebsregelkreis (26,27) des ersten .Antriebes (27) aufgeschaltet wird und/oder einen zweiten. Kraftvorsteuerungswert (IR.VOT) ermittelt, der auf den zweiten Antriebsregelkreis (29, 30) des zweiten Antriebes (30) aufgeschaltet wird.
3. ) Koordinatenmessgerät nach Anspruch 2, wobei der erste Kraftvorsteuerungswert (IL-W) ein Stromwert ist, der auf den Stromregler (26) des ersten Antriebsregelkreises (26, 27) auf geschaltet wird und/oder der zweite i&aftvorsteuenuigswert (IR vw) ein Stromwert ist, der auf den Stromregler (29) des zweiten Antriebsregelkreises (29, 30) aufgeschaltet wird.
4. ) Koordinatenmessgerät nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Kraftvorsteuerung (28) den ersten Kraftvorsteuerungswert (li„vor) aus dem Produkt der Sollbeschleunigung (ason) mit einen ersten Proportionalitätsfaktor (Ous*) und/oder den zweiten. Kraftvorsteuerungswert. (IR-VW) aus dein Produkt der Sollbesch) eunigung (a^u) mit einem, zweiten
Proportionalitätsfaktor (CR- ) ermittelt,
5. ) Koordinatenmessgerät nach Ansprach 4, wobei der erste Proportionalitätsfaktor (CL-.^) in
Form eines dem ersten Proportionalitätsfaktor (Cust) zugeordneten ersten festen. Wertes (CLI) für eine erste Position (xj) des zweiten Messschlittens (3;3') gespeichert ist und in
Form eines dem ersten Proportionalitätsfaktor (Cr,jSt) zugeordneten zweiten festen Wertes (Cu) für eine zweite Position (x >) des zweiten Messschlittens (3;3') gespeichert' ist, wobei der erste Proportionalitätsfaktor (C^t) unter Verwendung der aktuellen Position (Xist) des zweiten Messschlittens (3;3') durch lineare Interpolation oder lineare
Extrapolation aus dem dem ersten Proportionalitätsfaktor ((ΙΪ Λ) zugeordneten ersten festen Wert (CLI) und dem dem ersten Proportionalitätsfaktor (CL-IS zugeordneten zweiten festen Wert (CR2) ermittelt wird und/oder der zweite ProportionaHtätsfaktor
(CR.ist) in Form eines dem zweiten Proportionalitätsfaktor (CR St) zugeordneten ersten, festen Wertes (CRI) ffir eine erste Position (χ,) des zweiten. Messschlittens (3;3') gespeichert, ist und. in Form eines dem zweiten Proportionalitätsfaktor (£^M)
zugeordneten zweiten festen Wertes (Cm) für eine zweite Position (x2) des zweiten
Messschlittens (3;3') gespeichert ist, wobei der zweite Proportionalitätsfaktor (CR St) unter Verwendung der aktuellen Position (xj.st) des zweiten Messschlittens (3;34) durch lineare Interpolation, oder lineare ExtrapoI.ati.oa aus dem dem zweiten
Proportionalitätsfaktor (CR -in) zugeordneten ersten festen Wert, (CRI) 'und dem dem zweiten Proportionalitätsfaktor (CR.;*,) zugeordneten zweiten festen Wert. (CR2) ermittelt wird.
6. ) Koordinatenracssgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der erste
Antriebsregelkreis (26,27) des ersten Antriebes (27) Bestandteil eines ersten Regelkreises ist, da' zusätzlich einen ersten Lageregler (24) und einen, ersten Geschwindigkeitsregler
(25) aufweist, wobei
- die Führungs große des ersten Antriebsregelkreises (26, 27) entweder durch die Summe des .Ausgangs des ersten Geschwindigkeitsreglers (25) und des ersten
Kraftvorstcuerungswertes (IL-WI) gebildet ist oder nur durch den. Ausgang des ersten Geschwindigkeitsreglcrs (25) gebildet ist und
- die Führungsgröße des ersten Geschwindigkeitsreglcrs (25) durch den Ausgang des ersten Lagcreglers (24) gebildet ist und
- die Führungsgröße des ersten Lage-reglers durch eine SolI.positi.oe (yson) gebildet ist.
7. ) Koordinatenmessgerät nach Anspruch 6, wobei die Führungsgröße des zweiten
Antriebsregelkreises (29, 30) ausschließlich durch den zweiten Kraftvorsteuerun gswert (IR-TOF) gebildet wird.
8. ) Koordinatenmessgerät nach Anspruch. 6, wobei die Führungsgröße des zweiten
Antriebsregelkreises (29, 30) durch die Summe des Ausgangs (Tt ^n) des ersten
Geschwindigkeitsreglers (25) und des zweiten Kraftvorsteuerungswertes (IR,VW) gebildet wird.
9. ) Koordinatenmessgerät nach einem der Anspräche 6, 7 oder 8, wobei die Mechanik ein weiteres Positionsmesssystem (12,16) aufweist, über das ein erster Positionsmesswert (yi st) des ersten Messschi ittens (15; 1 5') relativ zur ersten Führung (1.7: 17') ermittelt wird, und wobei das auf den ersten Lageregler (24) rückgefuhrte Signal der erste
Positionsmesswert (yust) des ersten. MessschMttens (15) ist und das auf den ersten Geschwindigkeitsregler (25) rückgefuhrte Signal die zeitliche Ableitung des ersten Posi tionsmess wertes (yL-ist) ist.
10. ) Koordinatenmessgerät nach Atispraefa 6, wobei der Antriebsregelkrei (29, 30) des
zweiten Antriebes (30) Bestandteil eines zweiten Regelkreises ist, der zusätzlich einen zweiten Lageregler(35) und einen zweiten Geschwmdigkeitsregler (36) aufweist, wobei die FükrangsgröiSe des zweiten Antriebsregelkreises (29, 30) durch die Summe des
Ausgangs (IR-SOJI) des zweiten. Gescfcwindigkeitsreglers (36) und des zweiten
Kjaftvorsieuerungswertes (is-vor) gebildet ist und die Führangsgroße des zweiten
Geschwindigkeitsregjm (36) durch den Ausgang (VR..SOH) des zweiten Lagereglers (35) gebildet ist.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 10» wobei die Mechanik ein zusätzliches
Positionsmesssystem (12,16; 12') aufweist, über das ein erster Positionsmesswert (yL-ist) des ersten MessscMittens (15; 15*) relativ zur ersten Führung (17; 17') emiittelt wird, und noch ein weiteres Positionsmesssystem (1 1 ,33; 1 Γ) aufweist» über das ein. zweiter
Positionsmesswert (yR.ia) des ersten MessscMittens (15) relativ zur zweiten. Führung (18;
18') ermittelt wird. 12.) Koordmatenmessgerät nach Anspruch 11 » wobei die Steuerung wie folgt ausgestaltet ist: a) das auf den ersten Lageregler (24) rückgefiihrte Signal ist der Mittelwert (y^) aus dem ersten Positionsmesswert
Figure imgf000038_0001
und dem. zweiten Positionsmesswert (yR.iSi) des ersten Messschlittens (15; 15') und das auf den ersten Geschwindigkeitsregler (25) riickgeftifarte Signa! ist die zeitliche Abidtung des besagten Mittelwertes ( ;st) und das auf den zweiten Lageregler (35) rückgefiihrte Signal ist der Differenzwert (A iSt) zwischen, dem ersten
Positionsmesswert (yi.,..;St) und dem zweiten. Positionsmesswert (yR^.st) des ersten
MessscMittens (15; 15*) und das auf den zweiten Geschwindigkeitsregler (36)
rückgefuhrte Signal, ist die zeitliche Ableitung des besagten Differenzwertes (AyjSt) .oder b) das auf den ersten Lageregler (24) röekgeffihrte Signal ist der erste Positionsmesswert (yi„iÄ des ersten MessscMittens (15; 15*) und das auf den ersten Geschwindigkeitsregler
(25) mckgefiihrte Signal ist die zeitliche Ableitung des ersten Positionsmesswertes (yi-ist) und das auf den zweiten Lageregler (24) rückgefiihrte Signal ist der zweite
Positionsmesswert ( -R.^) des ersten MessscMittens (15; 15') und das auf den zweiten. Geschwindigkeitsregler (36) rückgefiihrte Signal ist die zeitliche Ableitung dieses zweitai Positionsmesswertes (yk-ist).
13.) Koordinatenmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Koordinatenmessgerät ein Portalmessgerät oder ein Brückenmessgerät ist.
14. ) Koordinatemnessgerät nach einem der vorhergehenden. Ampriiche, wobei die Steuerung so ausgestaltet ist, dass das resultierende Drehmoment durch die besagte Drehachse (Rz) geringer als 10%, insbesondere geringer als 5%, desjenigen Dnebmomentes ist, das der erste Antrieb (27) oder der zweite Antrieb (30) ohne den jeweils anderen Antrieb bei gegebener Kraft maximal erzeugen k nnte.
15. ) Verfahren zum Betrieb eines Koordinatenmessgerätes (48; 48') mit
- einer Werkstückauflagc (1; Γ) zur Lagerang eines zu. vermessenden Werk.stiic.kes (7; 7')
- einer Mechanik (49; 49') zur Bewegung eines Sensors (5; 5') in zumindest einer ersten. Koordinatenri chtung (y) und einer senkrecht dazu stehenden zweiten
Koordinatenrichtung (x), wobei die Mechanik dazu umfasst:
— einen, ersten Messschlitten (15; 15'), der entlang von zwei parallelen Führungen (17,18; 17', 18') in der ersten Koordinatenrichtung (y) geführt ist, die auf gegenüberliegenden Seiten, der Werkstückauflage (1; Γ) angeordnet sind, und der erste Messschlitten ( 15; 15*) die Werkstückauflage (1; Γ) überspannt, wobei dieser erste Messschlitten. (15; 15') über einen ersten Antrieb (27) angetrieben ist, der den ersten Messschlitten (15; 15') entlang einer ersten Führung (17; 17') dieser Führungen antreibt und über einen zweiten Antrieb (30) angetrieben ist, der den ersten. Messschlitten (15; 15') entlang der zweiten Führung (18; 18') dieser Führungen antreibt
~ einen zweiten Messschlitten (3; 3*), der entlang dem ersten Messschlitten (15; 15*) in der zweiten Koordinatenrichtung (x) beweglich geführt, ist, wobei diesem zweiten Messschlitten (3; 3') ein Positionsmesssystem (.1.3,34; 13') zugeordnet ist, über das die Position (xjst) des zweiten Messschlittens (3; 3') relativ zum ersten Messschlitten (15; 15') bestimmt werden, kann
- einer Steuerung (10; 1.0') die zumindest den ersten. Antrieb (27) und den zweiten Antrieb (30) ansteuert, wobei die Steuerung (10;10') eine Kraftvorsteuerung (28) umfasst, die in Abhängigkeit von der erfassten. Position ( ^) des zweiten Messschlittens (3;3') und in Abhängigkeit von einer einzustellenden Sol lbeschl euni gung (a^n) des ersten
Messschlittens (15;15') eine Ansteuerong des ersten Antriebes (27) und/oder des zweiten Antriebes (30) derart bewirkt, dass sich die Drehmomente, die durch die Beschleunigung des ersten Messschlittens (15;15') durch den. ersten. Antrieb (27) und durch den zweiten Antrieb (30) bezogen auf eine Drehachse (Rz), die lotrecht auf die erste und. die zweite Koordinatenrichtung steht, zumindest teilweise oder sogar vollständig kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei in der Steuerung ein erster Kraftvorsteuerungswert (IL-VOI) ennitte.it wird, der auf den ersten Antriebsregelkreis (26,27) des ersten Antriebes (27) auf geschaltet wird und/oder ein zweiter Krafb orsteuerungswert (ίκ.ν0Γ) ermittelt wird, der auf den zweiten Antriebsregelkreis (29, 30) des zweiten Antriebes (30) aufgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der erste 'Kraftvorsteuerungswert (IL-VOI-) ein
Stromwert ist, der auf den Stromregler (26) des ersten Antri ebsregelkreises (26, 27) aufgeschaltet wird und/oder auch der zweite Kraftvorsteuerungswert (IR.VW) ein
Stromwert is der auf den Stromregler (29) des zweiten Antri ebsregelkrei ses (29, 30) aufgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 1 7, wobei der erste Kraftvorsteuerungswert (IL-VM) aus dem Produkt der Sollbeschleunigung (asoi) mit einem ersten Proportionalitätsfaktor (Q , M) ermittelt wird und/oder der zweite Kraftvorsteuerungswert (IR-VW) aus dem Produkt der Sol Ibeschleunigung (3«,ΐ!) mit einem zweiten ProportionalitäLsfaktor (CR-W.) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch .18, wobei der erste Proportionalitätsfaktor (Ci ) in Form eines dem ersten Proportionalitätsfaktor (CL-IS zugeordrieteii ersten festen Wertes (Cu ) für eine erste Position (xi) des zweiten Messschlittens (3;3S) gespeichert ist und in Form eines dem ersten Proportionalitätsfaktor (Ct. m) zugeordneten zweiten festen Wertes (C ) für eine zweite Position (x2) des zweiten Messschlittens (3;3') gespeichert ist, wobei der erste Proportio alitätsfaktor (CL-IS unter Verwendung der aktuellen Position. (xm- ) des zweiten. MessscMittens (3;3') durch lineare Interpolation oder lineare Extrapolation aus dem dem ersten Proportionalitätsfaktor (C -et) zugeordneten ersten festen Wert: (Cu) und dem dem ersten Proportionalitätsfaktor (CL-IS zugeordneten zweiten festen Wert. (CR.) ermittelt wird
■und/oder
der zweite Proportionalitätsfaktor (CR^) in Form eines dem zweiten
Proportionalitätsfaktor (QM*) zugeordneten ersten festen Wertes (CRI) für eine erste Position ( i) des zweiten MessscMittens (3;3*) gespeichert ist und in Form eines dein. zweiten Proportionalitätsfaktor (Ciust) zugeordneten .zweiten, festen Wertes (CR?) für eine zweite Position (x?) des zweiten Messschlitteiis (3;3*) gespeichert: ist, wobei der zweite Proportional itätsfaktor (Cust) unter Verwendung der aktuellen Position (xiSt) des zweiten Messschlitteiis (3;3') durch lineare Interpolation oder lineare Extrapolation aus dem dem zweiten Proportionalitätsfaktor (CR., ) zugeordneten ersten festen Wert (Cm) und dem dein zweiten. Proportionalitätsfaktor (CR.**) zugeordneten zweiten festen Wert (CK>) ermittelt wird. Verfahren nach, einem der .Ansprüche 15 Ms 18, wobei das Koordinatenmessgerät, auf dem das Verfahren ausgeführt wird gemäß einem der Ansprüche 6 bis 14 ausgestaltet ist.
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