DE102011089061B4 - Coordinate measuring machine and method for operating a coordinate measuring machine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts (11), wobei eine Mechanik (3) zum Verstellen eines Sensors (9) relativ zu einer Werkstückauflage (1) in zumindest einer Richtung (x) vorgesehen ist und diese Mechanik (3) wenigstens einen Elektromotor (M) aufweist, über den die Verstellung des Sensors (9) oder der Werkstückauflage (1) in dieser Richtung angetrieben wird und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:a) ein elektrischer Antriebstrom (Iist), der durch den Elektromotor (M) fließt, um eine Bewegung des Elektromotors (M) und auf diese Weise eine Bewegung des Sensors (9) oder der Werkstückauflage (1) zu bewirken, wird gemessen,b) eine Ist-Position (vist) des Sensors (9) oder der Werkstückauflage (1) in der durch den Elektromotor (M) angetriebenen Richtung (x) wird gemessen,c) eine Regelabweichung (Ax) zwischen der gemessenen Ist-Position (xist) und einer vorgegebenen Soll-Position (xsoll) wird durch Ermittlung der Differenz zwischen der gemessenen Ist-Position (xist) und der vorgegebenen Soll-Position (xsoll) bestimmt,d) aufgrund der Regelabweichung wird durch einen Regler (14) eine Stellgröße (vsteuer) ermittelt, die zur einzustellenden Geschwindigkeit des Sensors (9) oder der Werkstückauflage (1) in der durch den Elektromotor (M) angetriebenen Richtung (x) proportional ist,e) abhängig von der durch den Regler (14) ermittelten Stellgröße (vsteuer) wird ein Stromgrenzwert (Imax) oder ein Stromgrenzwertband (d. h. ein Bereich von Werten für den Antriebstrom, der durch einen unteren Stromgrenzwert Imin und einen oberen Stromgrenzwert Imax definiert ist) für den elektrischen Antriebstrom ermittelt, undf) wenn der elektrische Antriebstrom den in Schritt (e) ermittelten Stromgrenzwert (Imax) erreicht und/oder wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert (Imax) überschreitet oder wenn das Stromgrenzwertband (Imin, Imax) verlassen wird, wird die Bewegung der Mechanik (3) zumindest in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung angehalten.Method for operating a coordinate measuring machine (11), a mechanism (3) for adjusting a sensor (9) relative to a workpiece support (1) in at least one direction (x) and this mechanism (3) having at least one electric motor (M) has, via which the adjustment of the sensor (9) or the workpiece support (1) is driven in this direction and wherein the method comprises the following steps: a) an electric drive current (Iist) that flows through the electric motor (M) to Movement of the electric motor (M) and in this way a movement of the sensor (9) or the workpiece support (1) is measured, b) an actual position (vist) of the sensor (9) or the workpiece support (1) in the direction (x) driven by the electric motor (M) is measured, c) a control deviation (Ax) between the measured actual position (xist) and a specified target position (xsoll) is determined by determining the difference between the measured actual Position (xist) un d) the specified target position (xsoll) is determined, d) on the basis of the control deviation, a controller (14) determines a manipulated variable (vcontrol) that is used by the electric motor to set the speed of the sensor (9) or the workpiece support (1) (M) is proportional to the driven direction (x), e) depending on the manipulated variable (vcontrol) determined by the controller (14), a current limit value (Imax) or a current limit value band (i.e. H. a range of values for the drive current, which is defined by a lower current limit value Imin and an upper current limit value Imax) determined for the electrical drive current, andf) when the electrical drive current reaches the current limit value (Imax) determined in step (e) and / or if the electrical drive current exceeds the determined current limit value (Imax) or if the current limit value band (Imin, Imax) is left, the movement of the mechanism (3) is stopped at least in the direction driven by the electric motor.
Description
Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts. Das Koordinatenmessgerät weist eine Mechanik (siehe rein Beispielhaft die Mechanik 3 vom Portaltyp in
Ein solches Koordinatenmessgerät ist aus dem US-Patent
Hierdurch wird wirkungsvoll ein Koordinatenmessgerät geschaffen, das bei Kollision von beweglichen Komponenten der besagten Mechanik, wie beispielsweise eines in einer Koordinatenrichtung beweglichen Messschlittens, oder des besagten Sensors oder der besagten Werkstückaufnahme mit Personen oder mit Gegenständen verhindert, dass der Elektromotor weiterhin betrieben wird, obwohl eine Kollision stattgefunden hat. Aufgrund der dynamischen Anpassung des Stromgrenzwertes oder des Stromgrenzwertbandes in Abhängigkeit von der Soll-Geschwindigkeit und/oder der Soll-Beschleunigung kann außerdem sichergestellt werden, dass Kollisionen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen erkannt werden.This effectively creates a coordinate measuring device that prevents the electric motor from continuing to operate in the event of a collision of moving components of the said mechanics, such as a measuring slide movable in one coordinate direction, or the said sensor or the said workpiece holder with people or objects, even though one Collision has occurred. Due to the dynamic adaptation of the current limit value or the current limit value band as a function of the target speed and / or the target acceleration, it can also be ensured that collisions are recognized at different speeds and accelerations.
Koordinatenmessgeräte mit einer derartigen Funktionalität funktionieren zuverlässig. Allerdings ist die Inbetriebnahme des Verfahrens teils relativ aufwändig, weil der Zusammenhang zwischen der Soll-Geschwindigkeit und/oder der Soll-Beschleunigung einerseits und dem durch den Elektromotor fließenden Strom andererseits durch teils aufwändige Messreihen ermittelt werden muss. Der Regler nämlich reagiert auf eine vorgegebene Soll-Geschwindigkeit und/oder eine Soll-Beschleunigung mit einem bestimmten zeitlichen Verhalten, das bei der Bestimmung des Stromgrenzwertes oder des Stromgrenzwertbandes mitberücksichtigt werden muss. Bei Beschleunigungsvorgängen beispielsweise neigt die nur begrenzt steife Mechanik zu Schwingungen, die dementsprechend zu einer Variation des Antriebsstroms führen. Ein anderes Beispiel ist der zeitliche Versatz, der zwischen dem Zeitpunkt einer neuen Soll-Geschwindigkeit und/oder einer neuen Soll-Beschleunigung einerseits liegt und dem Zeitpunkt der damit verbundenen tatsächlichen Änderung des Antriebsstroms andererseits liegt.Coordinate measuring machines with this type of functionality work reliably. However, the commissioning of the method is sometimes relatively complex because the relationship between the target speed and / or the target acceleration on the one hand and the current flowing through the electric motor on the other hand has to be determined by sometimes complex series of measurements. The controller reacts to a specified target speed and / or a target acceleration with a specific time behavior that must be taken into account when determining the current limit value or the current limit value band. During acceleration processes, for example, the only limited stiffness of the mechanics tends to vibrate, which accordingly leads to a variation in the drive current. Another example is the time offset that lies between the point in time of a new setpoint speed and / or a new setpoint acceleration on the one hand and the point in time of the associated actual change in the drive current on the other.
Ein anderes Koordinatenmessgerät, welches praktisch genau dasselbe Verfahren benutzt, wie es in der Druckschrift
Außerdem ist aus der Druckschrift
Nachteilig an einer solchen Vorgehensweise ist es jedoch, dass der Antriebsstrom auch dann durch den Maximalwert begrenzt ist, wenn sich das Prüfelement nicht in der Nähe des zu vermessenden Werkstücks befindet. Die Geschwindigkeit, mit der das Prüfelement bewegt werden kann, und die Beschleunigung sind daher begrenzt.However, a disadvantage of such a procedure is that the drive current is also limited by the maximum value when the test element is not in the vicinity of the workpiece to be measured. The speed at which the test element can be moved and the acceleration are therefore limited.
Aus der Druckschrift
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts der oben angegebenen Art mit einem sich an die jeweilige Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit anpassenden Stromgrenzwert oder Stromgrenzwertband für den Antriebsstrom anzugeben, mit dem der Stromgrenzwert oder das Stromgrenzwertband einfacher und insbesondere präziser an den Antriebsstrom angepasst wird.It is the object of the present invention to specify a coordinate measuring machine and a method for operating a coordinate measuring machine of the type specified above with a current limit value or current limit value band for the drive current that is adapted to the respective acceleration and / or speed, with which the current limit value or the current limit value band is simpler and easier in particular is adapted more precisely to the drive current.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der beigefügten unabhängigen Patentansprüche 1 und 16 gelöst.The object is achieved by the subject matter of the attached
Gemäß einem wesentlichen Gedanken der vorliegenden Erfindung wird eine Ist-Position des Sensors oder der Messauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung gemessen. Hieraus wird eine Regelabweichung zwischen der gemessenen Ist-Position und einer vorgegebenen Soll-Position durch Ermittlung der Differenz zwischen der gemessenen Ist-Position und der vorgegebenen Soll-Position bestimmt. Aufgrund der Regelabweichung wird durch einen Regler, der oftmals als Lageregler bezeichnet wird, dann eine Stellgröße, insbesondere eine Geschwindigkeitsstellgröße ermittelt, die zur einzustellenden Geschwindigkeit des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung proportional ist. Der Stromgrenzwert oder das Stromgrenzwertband für den elektrischen Antriebsstrom wird dann aus dieser Stellgröße ermittelt.According to an essential concept of the present invention, an actual position of the sensor or of the measurement support is measured in the direction driven by the electric motor. From this, a control deviation between the measured actual position and a predefined setpoint position is determined by determining the difference between the measured actual position and the predefined setpoint position. On the basis of the control deviation, a controller, which is often referred to as a position controller, then determines a manipulated variable, in particular a manipulated speed variable, which is proportional to the speed to be set for the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor. The current limit value or the current limit value band for the electrical drive current is then determined from this manipulated variable.
Dies ist aus folgenden Gründen überraschend. Der Fachmann hatte bei einer Betrachtung des aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens die Erwartung, dass nur die Soll-Geschwindigkeit und/oder die Soll-Beschleunigung eine zuverlässige Bestimmung des Stromgrenzwertes zur Erkennung einer Kollision erlaubt. Der Grund dafür ist, dass die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung durch die Soll-Geschwindigkeit und die Soll-Beschleunigung vorgegeben sind, weil diese Größen aus den Fahrbefehlen des Messablaufes abgeleitet werden. Eine durch einen Regler ermittelte Stellgröße hingegen, in die insbesondere die Ist-Position eingegangen ist, ist durch das Regelungsverhalten des Koordinatenmessgerätes festgelegt und ist daher durch den Messablauf nicht eindeutig vorherbestimmt. Für den Fall einer Kollision bestanden daher Vorbehalte, ob die Auswertung der Stellgröße eines Reglers zu einer frühzeitigen Kollisionserkennung führt. Überraschend ist hierbei nunmehr die Erkenntnis, dass zur Festlegung des Stromgrenzwertes oder des Stromgrenzwertbandes gerade nicht mehr der funktionale Zusammenhang zwischen der Soll-Beschleunigung und/oder der Soll-Geschwindigkeit betrachtet wird, sondern die Stellgröße eines Reglers zur Ermittlung des Stromgrenzwertes oder des Stromgrenzwertbandes verwendet wird.This is surprising for the following reasons. When considering the method known from the prior art, the person skilled in the art had the expectation that only the setpoint speed and / or the setpoint acceleration would allow a reliable determination of the current limit value for detecting a collision. The reason for this is that the speed and the acceleration of the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor are specified by the target speed and the target acceleration, because these variables are derived from the travel commands of the measurement sequence. On the other hand, a manipulated variable determined by a controller, which in particular includes the actual position, is defined by the control behavior of the coordinate measuring machine and is therefore not clearly predetermined by the measurement sequence. In the event of a collision, there were therefore reservations as to whether the evaluation of the manipulated variable of a controller would lead to an early collision detection. What is surprising here is the knowledge that to determine the current limit value or the current limit value band, the functional relationship between the target acceleration and / or the target speed is no longer considered, but the manipulated variable of a controller is used to determine the current limit value or the current limit value band .
Die Bestimmung der Ist-Position kann hierbei auf unterschiedliche Arten stattfinden. Beispielsweise kann die Ist-Position aus den Maßstabswerten eines durch den Elektromotor angetriebenen Messschlittens der Mechanik bestimmt werden. Diese Maßstabswerte geben die aktuelle Position des betreffenden Messschlittens in der betreffenden Bewegungsrichtung des jeweiligen Messschlittens an. Alternativ könnte zur Bestimmung der Ist-Position beispielsweise auch ein Beschleunigungssensor verwendet werden der beispielsweise am betreffenden Messschlitten oder am Sensor befestigt ist. Der betreffende Beschleunigungssensor liefert hierbei unmittelbar die Ist-Beschleunigung. Die Ist-Position kann aus dem Signal des Beschleunigungssensors durch zweifache zeitliche Integration gewonnen werden.The actual position can be determined in different ways. For example, the actual position can be determined from the scale values of a mechanical measuring slide driven by the electric motor. These scale values indicate the current position of the relevant measuring slide in the relevant direction of movement of the respective measuring slide. Alternatively, an acceleration sensor could also be used to determine the actual position, for example, which is attached to the relevant measuring slide or to the sensor. The acceleration sensor in question directly supplies the actual acceleration. The actual position can be obtained from the signal from the acceleration sensor by integrating twice over time.
Prinzipiell kann auch der mit dem Elektromotor zur Erfassung der aktuellen Ist-Drehzahl verbundene Tachogenerator zur Messung der Ist-Position verwendet werden. Da die Ist-Drehzahl proportional zur aktuellen Geschwindigkeit des angetriebenen Messschlittens und damit zur Geschwindigkeit des Sensors in der betreffenden Richtung ist, kann das durch den Tachogenerator gelieferte Signal selber schon als Ist-Geschwindigkeit verwendet werden. Durch zeitliche Integration des Signals des Tachogenerators kann damit die Ist-Position ermittelt werden.In principle, the tachometer generator connected to the electric motor for recording the current actual speed can also be used to measure the actual position. Since the actual speed is proportional to the current speed of the driven measuring slide and thus to the speed of the sensor in the relevant direction, the signal supplied by the tachometer generator can itself be used as the actual speed. The actual position can be determined by integrating the signal from the tachometer generator over time.
Zur Ermittlung des Stromgrenzwertes oder des Stromgrenzwertbandes kann aus der vom Regler ermittelten Stellgröße ein erwarteter Antriebsstrom ermittelt werden, der einem erwarteten Wert für den tatsächlichen elektrischen Antriebsstrom entspricht, der für die aktuelle Stellgröße erwartet wird. Die Ermittlung des erwarteten Antriebsstroms kann generell auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Beispielsweise kann eine Tabelle vorgegeben sein, in der für eine Vielzahl von unterschiedlichen Werten der Stellgröße jeweils Werte für den erwarteten Antriebsstrom abgelegt sind. Zwischenwerte können gegebenenfalls über Interpolation ermittelt werden.To determine the current limit value or the current limit value band, an expected drive current can be determined from the manipulated variable determined by the controller, which corresponds to an expected value for the actual electrical drive current that is expected for the current manipulated variable. The expected drive current can generally be determined in different ways. For example, a table can be specified in which values for the expected drive current are stored for a large number of different values of the manipulated variable. If necessary, intermediate values can be determined via interpolation.
Die Ermittlung der Werte für eine solche Tabelle kann wie folgt erfolgen.The values for such a table can be determined as follows.
Wie bereits oben ausgeführt, ist die Stellgröße ja proportional zu einer einzustellenden Geschwindigkeit des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung. Daher kann der Sensor oder die Werkstückauflage in der betreffenden durch den Elektromotor angetriebenen Richtung einfach mit unterschiedlichen konstanten Geschwindigkeiten verfahren werden und hierbei sowohl die auftretenden Stellgrößen, als auch die zugehörigen auftretenden Antriebsströme gemessen werden. Die sich hierbei ergebenden Stellgrößen und die zugehörigen Antriebsströme werden dann in einer Tabelle abgelegt. Aus der so erzeugten Tabelle kann dann ein erwarteter Antriebstrom ausgelesen werden, in dem die aktuelle Stellgröße ermittelt wird und aus der Tabelle der zugehörige Antriebstrom ausgelesen wird.As already stated above, the manipulated variable is proportional to a speed to be set for the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor. Therefore, the sensor or the workpiece support can simply be moved in the relevant direction driven by the electric motor at different constant speeds and both the manipulated variables that occur and the associated drive currents that occur can be measured. The resulting manipulated variables and the associated drive currents are then stored in a table. An expected drive current can then be read from the table generated in this way, in which the current manipulated variable is determined and the associated drive current is read out from the table.
Die Antriebsströme im Elektromotor sind nicht nur von der Geschwindigkeit des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung abhängig, sondern in erheblichem Maße auch von der Beschleunigung des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung abhängig. Eine wesentlich präzisere Ermittlung des erwarteten Antriebsstroms im Elektromotor kann dann erzielt werden, wenn eine Tabelle vorgesehen wird, in der sowohl die Stellgröße berücksichtigt wird, als auch eine Beschleunigung.The drive currents in the electric motor are not only dependent on the speed of the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor, but also to a considerable extent on the acceleration of the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor. A much more precise determination of the expected drive current in the electric motor can be achieved if a table is provided in which both the manipulated variable and an acceleration are taken into account.
Eine Tabelle, in der sowohl die Stellgröße, wie auch eine tatsächliche Beschleunigung berücksichtigt wird, kann wie folgt aufgenommen werden. Der Sensor oder die Werkstückauflage wird in der betreffenden durch den Elektromotor angetriebenen Richtung mit einer konstanten Ist-Beschleunigung verfahren. Während des Beschleunigungsvorganges erhöht sich kontinuierlich die Ist-Geschwindigkeit und damit auch die hierzu proportionale Stellgröße. Während des Beschleunigungsvorganges wird dann für bestimmte Werte der Stellgröße der zugehörige Antriebstrom gemessen. Dieser Vorgang wird für eine Vielzahl von unterschiedlichen Ist-Beschleunigungen wiederholt. Die gemessenen Antriebsströme in Abhängigkeit von der jeweiligen Ist-Beschleunigung und der jeweiligen Stellgröße werden dann in der Tabelle hinterlegt.A table in which both the manipulated variable and an actual acceleration are taken into account can be included as follows. The sensor or the workpiece support is moved in the relevant direction driven by the electric motor with a constant actual acceleration. During the acceleration process, the actual speed increases continuously and thus also the manipulated variable proportional to it. During the acceleration process, the associated drive current is then measured for certain values of the manipulated variable. This process is repeated for a large number of different actual accelerations. The measured drive currents depending on the respective actual acceleration and the respective manipulated variable are then stored in the table.
Aus der so erzeugten Tabelle kann dann im Messbetrieb ein erwarteter Antriebstrom ausgelesen werden, in dem die Stellgröße und die Ist-Beschleunigung ermittelt werden und aus der Tabelle der zugehörige Antriebstrom ausgelesen wird.From the table generated in this way, an expected drive current can then be read out in the measuring mode, in which the manipulated variable and the actual acceleration are determined and the associated drive current is read out from the table.
Anstelle der gemessenen Ist-Beschleunigung aist kann bei der Ermittlung des erwarteten Antriebsstroms ganz allgemein eine aktuelle Beschleunigung aakt verwendet werden, die zumindest näherungsweise die aktuelle Beschleunigung des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung repräsentiert. Beispielsweise kann eine vorgegebene Soll-Beschleunigung asoll verwendet werden, die von der Steuerung aufgrund des Messablaufes vorgegeben wird. Dies ist deshalb möglich, weil die Soll-Beschleunigung asoll ja relativ ähnlich der tatsächlichen Ist-Beschleunigung aist ist.Instead of the measured actual acceleration a is the expected driving current, a current acceleration a act are used in the determination generally at least approximately representing the current acceleration of the sensor or the workpiece support in the driven by the electric motor direction. For example, a predefined setpoint acceleration a setpoint can be used, which is predefined by the control based on the measurement sequence. This is possible because the target acceleration a supposed relatively similar to the actual actual acceleration a is.
Es kann als aktuelle Beschleunigung aakt auch die zeitliche Ableitung asteuer der Stellgröße Vsteuer verwendet werden. Der Grund hierfür ist, dass die besagte Stellgröße Vsteuer zur einzustellenden Geschwindigkeit des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung proportional ist, so dass damit also auch eine zeitliche Ableitung der Stellgröße Vsteuer proportional zur aktuellen Beschleunigung aakt ist.It may also be the time derivative of the manipulated variable V can be used as a tax, tax actual acceleration a act. The reason for this is that the said control value V is controlled in proportion to the adjusted speed of the sensor or the workpiece support in the driven by the electric motor direction in order thus also a time derivative of the manipulated variable V so that the control is proportional to the actual acceleration a act.
Es kann ferner als aktuelle Beschleunigung aakt auch ein Mittelwert aakt-mittel aus wenigstens zwei der genannten Größen gemessene Ist-Beschleunigung aist, vorgegebene Soll-Beschleunigung asoll und zeitliche Ableitung asteuer der Stellgröße Vsteuer verwendet werden. It may also as the current acceleration a act, an average a nude - middle of at least two sizes of said measured actual acceleration a is given a desired acceleration to and time derivative of the manipulated variable V are used controlling a control.
Im Messbetrieb wird dann die Stellgröße vsteuer und die aktuelle Beschleunigung aakt, also entweder die Ist-Beschleunigung aist oder die Soll-Beschleunigung asoll oder die Ableitung asteuer der Stellgröße Vsteuer oder ein Mittelwert aakt-mittel aus wenigstens zwei der Größen Soll-Beschleunigung asoll, Ist-Beschleunigung aist und Ableitung asteuer der Stellgröße Vsteuer ermittelt und aus der Tabelle der zugehörige Antriebstrom ausgelesen werden.In measuring mode, the manipulated variable is then V control and the actual acceleration a act, either the actual acceleration a or the target acceleration a will or the derivative of a control of the manipulated variable V control or an average of a nude - middle of at least two of the sizes target acceleration a is to actual acceleration a is determined and derivative control are a control of the manipulated variable V and read from the table of the associated drive current.
Erheblich einfacher jedoch ist es, wenn der erwartete Antriebsstrom aus einer Funktion berechnet werden kann. In einer sehr einfachen Form einer solchen Ermittlung des erwarteten Antriebsstroms nur in Abhängigkeit von der Stellgröße Vsteuer kann einfach ein variabler Geschwindigkeitsanteil berücksichtigt werden, der proportional zur aktuellen Stellgröße Vsteuer ist. Der dazu benötigte Proportionalitätsfaktor Kv kann einfach bestimmt werden, indem der Sensor oder die Werkstückauflage in der betreffenden, durch den Elektromotor angetriebenen Richtung mit einer hohen, konstanten Ist-Geschwindigkeit verfahren wird und die betreffende Stellgröße Vsteuer ermittelt und der zugehörige Antriebsstrom Iist gemessen wird. Der Proportionalitätsfaktor Kv kann dann wie folgt bestimmt werden:
Ein erwarteter Antriebsstrom Ierw kann dann nach Ermittlung des Proportionalitätsfaktors Kv im regulären Messbetrieb des Koordinatenmessgerätes abhängig von der aktuellen Stellgröße Vsteuer wie folgt ermittelt werden:
Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist der tatsächliche Antriebsstrom im Elektromotor nicht nur von der Geschwindigkeit des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung abhängig, sondern in erheblichem Maße auch von der aktuellen Beschleunigung des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung abhängig. Daher kann die Genauigkeit, mit der sich der erwartete Wert des Antriebsstroms Ierw bestimmen lässt, erheblich verbessert werden, wenn bei einer Ermittlung des erwarteten Antriebsstroms ein variabler Beschleunigungsanteil berücksichtigt wird, der proportional zu einer aktuellen Beschleunigung aakt ist.As already explained above, the actual drive current in the electric motor is not only dependent on the speed of the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor, but also to a considerable extent on the current acceleration of the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor driven direction dependent. The accuracy with which the expected value of the drive current I erw can be determined can therefore be considerably improved if, when determining the expected drive current, a variable acceleration component is taken into account, which is proportional to a current acceleration a akt .
Wie oben bereits ausgeführt, kann als aktuelle Beschleunigung aakt die gemessene Ist-Beschleunigung aist verwendet werden. Es kann aber auch eine vorgegebenen Soll-Beschleunigung asoll verwendet werden. Außerdem kann auch die zeitliche Ableitung asteuer der Stellgröße Vsteuer verwendet werden. Es kann ferner auch ein Mittelwert aus wenigstens zwei der Größen gemessene Ist-Beschleunigung aist, vorgegebene Soll-Beschleunigung asoll und zeitliche Ableitung asteuer der Stellgröße Vsteuer verwendet werden.As already stated above, the measured actual acceleration a ist can be used as the current acceleration a act. However, a predefined setpoint acceleration a setpoint can also be used. In addition, the time derivative a tax of the manipulated variable V tax can also be used. It may also, an average of at least two of the variables measured actual acceleration a is given a desired acceleration to and time derivative of the manipulated variable V are used controlling a control.
Eine Gleichung, über die aus der ermittelten Stellgröße Vsteuer und einer gemessenen Ist-Beschleunigung aist oder einer vorgegebenen Soll-Beschleunigung asoll oder einer zeitlichen Ableitung asteuer der Stellgröße Vsteuer oder einem Mittelwert aakt-mittel aus wenigstens zwei der Größen gemessene Ist-Beschleunigung aist, vorgegebene Soll-Beschleunigung ason oder zeitliche Ableitung (asteuer) der Stellgröße (vsteuer) der erwartete Antriebsstrom berechnet werden kann, ist folgende:
Hierin bedeuten:
- Kv = Proportionalitätsfaktor für den variablen Geschwindigkeitsanteil
- Vsteuer = aktuelle Stellgröße des Reglers
- Ka = Proportionalitätsfaktor für den variablen Beschleunigungsanteil
- aakt = die aktuelle Beschleunigung des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung, also entweder die gemessene Ist-Beschleunigung aist oder die vorgegebene Soll-Beschleunigung asoll oder eine zeitliche Ableitung asteuer der Stellgröße Vsteuer oder ein Mittelwert aakt-mittel aus wenigstens zwei der Größen gemessene Ist-Beschleunigung aist, vorgegebene Soll-Beschleunigung asoll und zeitliche Ableitung asteuer der Stellgröße Vsteuer
- K v = proportionality factor for the variable speed component
- V tax = current manipulated value
- K a = proportionality factor for the variable acceleration component
- a akt = the current acceleration of the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor, i.e. either the measured actual acceleration a ist or the specified target acceleration a soll or a time derivative a tax of the manipulated variable V tax or an average value a akt - middle of at least two of the variables measured actual acceleration a is given a desired acceleration to a controlled and time derivative of the manipulated variable V tax
In dieser Gleichung ist nunmehr neben dem Proportionalitätsfaktor Kv für den Geschwindigkeitsanteil zusätzlich auch ein Proportionalitätsfaktor Ka für den Beschleunigungsanteil vorgesehen. Wichtig bei der Bestimmung der beiden Proportionalitätsfaktoren ist hierbei, dass zunächst der Proportionalitätsfaktor Kv für den Geschwindigkeitsanteil bestimmt wird. Die Bestimmung kann hierbei genauso erfolgen, wie dies oben im Zusammenhang mit Gleichung 1 und Gleichung 2 ausgeführt wurde. Nachdem die aktuelle Beschleunigung aakt bei konstanter Ist-Geschwindigkeit gleich Null ist, fällt der Beschleunigungsanteil aakt • Ka dann nämlich weg. Sobald der Proportionalitätsfaktor Kv für den Geschwindigkeitsanteil bestimmt ist, kann der Proportionalitätsfaktor für den Beschleunigungsanteil ermittelt werden. Dazu wird der Sensor oder die Werkstückauflage in der betreffenden durch den Elektromotor angetriebenen Richtung mit einer hohen konstanten Ist-Beschleunigung aist beschleunigt. Für eine vordefinierte Stellgröße Vsteuer während des Beschleunigungsvorganges wird dann der Antriebstrom Iist gemessen. Aus der Ist-Beschleunigung aist der Stellgröße Vsteuer und dem gemessenen Antriebsstrom Iist kann dann der Proportionalitätsfaktor Ka wie folgt bestimmt werden:
Sobald die Proportionalitätsfaktoren Kv und Ka bestimmt sind, kann dann ein erwarteter Antriebsstrom lerw im regulären Messbetrieb des Koordinatenmessgerätes abhängig von der Stellgröße Vsteuer und der aktuellen Beschleunigung aakt (entweder Messung der Ist-Beschleunigung aist oder Ermittlung der Soll-Beschleunigung asoll oder Ermittlung der Ableitung asteuer der Stellgröße Vsteuer oder Mittelung aakt-mittel über wenigstens zwei der Größen gemessene Ist-Beschleunigung aist, vorgegebene Soll-Beschleunigung asoll und ermittelte Ableitung asteuer der Stellgröße Vsteuer) über Gleichung 3 berechnet werden.Once the proportionality v K and K a is determined, then an expected driving current can l erw during regular measurement operation of the coordinate measuring device depending on the manipulated variable V control and the actual acceleration a act (either measurement is actual acceleration a or determination of the desired acceleration a soll or determination of the derivative a control of the manipulated variable V control or averaging a nude - medium through at least two of the variables measured actual acceleration a is predetermined desired acceleration a to and calculated derivative a control of the manipulated variable V control) calculated by
Es hat sich außerdem gezeigt, dass neben der Stellgröße Vsteuer und der aktuellen Beschleunigung aakt eine weitere wesentliche Einflussgröße der Anteil des Antriebsstromes ist, der dazu notwendig ist, den Sensor oder die Werkstückauflage überhaupt in der betreffenden, durch den Elektromotor angetriebenen Richtung zu bewegen. Hierfür können unterschiedliche Gründe vorliegen. Beispielsweise können entgegen der Fahrtrichtung, in die ein Messschlitten durch den Elektromotor angetrieben wird, Reibkräfte wirken. Es können auch Kräfte auftreten, weil ein Kabelbaum, der die Stromversorgungsleitungen und/oder die Signalleitungen für die Mechanik enthält, durch die Bewegung verformt wird und hierdurch Kräfte auftreten. Ein anderer Grund kann bei einem vertikal beweglichen Messschlitten sein, dass die Gewichtskräfte des Messschlittens durch den Elektromotor aufgenommen werden und hierdurch bei einer Aufwärtsbewegung des Messschlittens die Gewichtskraft des Messschlittens der Bewegung entgegenwirkt oder bei einer Abwärtsbewegung in Bewegungsrichtung mitwirkt.It has also been found that control in addition to the manipulated variable V and the actual acceleration a act is a further essential parameter, the proportion of drive current that this is necessary to move the sensor or the workpiece support at all in the relevant driven by the electric motor direction . There can be various reasons for this. For example, opposite to the direction of travel, in the one Measuring slide is driven by the electric motor, frictional forces act. Forces can also occur because a cable harness, which contains the power supply lines and / or the signal lines for the mechanics, is deformed by the movement and forces occur as a result. Another reason for a vertically movable measuring slide can be that the weight forces of the measuring slide are absorbed by the electric motor and as a result the weight of the measuring slide counteracts the movement when the measuring slide moves upwards or cooperates with a downward movement in the direction of movement.
Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn bei der Ermittlung des erwarteten Antriebsstroms ein Grundanteil R berücksichtigt wird, der einem Antriebsstrom bei Bewegung des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung bei einer niedrigen konstanten Geschwindigkeit entspricht. Als Grundanteil kann ein von der Geschwindigkeitsrichtung der Stellgröße Vsteuer unabhängiger konstanter Grundanteil R* verwendet werden. Nachdem jedoch dieser Grundanteil von der Geschwindigkeitsrichtung der Stellgröße Vsteuer abhängen kann, kann besonders vorteilhaft als Grundanteil auch ein von der Geschwindigkeitsrichtung der Stellgröße Vsteuer abhängiger Grundanteil R± verwendet werden, wobei dieser richtungsabhängige Grundanteil R± einen ersten konstanten Wert R+ annimmt, wenn die gemessene Stellgröße Vsteuer positiv ist und einen zweiten konstanten Wert R- annimmt, wenn die gemessene Stellgröße Vsteuer negativ ist.It is therefore particularly advantageous if, when determining the expected drive current, a basic component R is taken into account, which corresponds to a drive current when the sensor or the workpiece support is moved in the direction driven by the electric motor at a low constant speed. A constant basic component R * that is independent of the speed direction of the manipulated variable V control can be used as the basic component. However, since this basic component can depend on the speed direction of the manipulated variable V tax , a basic component R ± dependent on the speed direction of the manipulated variable V tax can particularly advantageously be used as the base component, this direction-dependent basic component R ± assuming a first constant value R + if the measured manipulated variable V tax is positive and assumes a second constant value R - when the measured manipulated variable V tax is negative.
Dieser Grundanteil R kann sowohl im Zusammenhang mit der oben beschriebenen Tabelle verwendet werden, als auch im Zusammenhang mit der eben beschriebenen Funktion. Soweit ein konstanter Grundanteil R* verwendet wird, wird der betreffende Messschlitten in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung mit sehr geringer Geschwindigkeit verfahren und der hierbei gemessene Antriebsstrom Iist als konstanter Grundanteil verwendet. Soweit ein richtungsabhängiger Grundanteil R± verwendet werden soll, wird der betreffende Messschlitten durch den Elektromotor zunächst in positiver Geschwindigkeitsrichtung mit sehr geringer Geschwindigkeit verfahren und der hierbei gemessene Antriebsstrom list als erster konstanter Wert R+ übernommen und danach in negativer Geschwindigkeitsrichtung mit sehr geringer Geschwindigkeit verfahren und der hierbei gemessene Antriebsstrom Iist als zweiter konstanter Wert R- übernommen.This basic component R can be used both in connection with the table described above and in connection with the function just described. If a constant basic component R * is used, the relevant measuring slide is moved in the direction driven by the electric motor at a very low speed and the drive current I act measured here is used as a constant basic component. If a direction-dependent basic component R ± is to be used, the relevant measuring slide is first moved by the electric motor in the positive direction of speed at a very low speed and the drive current list measured here is taken over as the first constant value R + and then moved in the negative direction of speed at very low speed and the drive current I measured here is taken over as the second constant value R -.
Wesentlich bei der Verwendung eines Grundanteils R ist, dass dieser ganz am Anfang bestimmt wird, also bevor die oben beschriebene Tabelle erstellt wird oder bevor die Proportionalitätsfaktoren Kv und/oder Ka in der Funktion ermittelt werden. Dann wird der Grundanteil bei der Ermittlung der Einträge der Tabelle oder im Falle der Funktion, bei der Bestimmung des Proportionalitätsfaktors Kv für den variablen Geschwindigkeitsanteil und/oder des Proportionalitätsfaktors Ka für den variablen Beschleunigungsanteil immer mitberücksichtigt, indem der jeweilige gemessene Antriebsstrom Iist um den Grundanteil R vermindert wird.When using a basic component R, it is essential that it is determined at the very beginning, i.e. before the table described above is created or before the proportionality factors K v and / or K a are determined in the function. The basic component is then always taken into account when determining the entries in the table or, in the case of the function, when determining the proportionality factor K v for the variable speed component and / or the proportionality factor K a for the variable acceleration component, in that the respective measured drive current I ist um the basic portion R is reduced.
Eine Funktion Ierw(vsteuer, aakt), mit der sich besonders präzise Ergebnisse für den erwarteten Antriebsstrom Ierw ermitteln lassen, sieht wie folgt aus:
Hierin bedeuten:
- R = der besagte Grundanteil, also entweder der konstante Grundanteil R* oder der richtungsabhängige Grundanteil R±
- Kv = Proportionalitätsfaktor für den variablen Geschwindigkeitsanteil
- Vsteuer = aktuelle Stellgröße des Reglers
- Ka = Proportionalitätsfaktor für den variablen Beschleunigungsanteil
- aakt = die besagte aktuelle Beschleunigung, also entweder die gemessene Ist-Beschleunigung aist oder die vorgegebene Soll-Beschleunigung asoll oder die Ableitung asteuer der Stellgröße Vsteuer oder ein Mittelwert aakt-mittel aus wenigstens zwei der Größen gemessene Ist-Beschleunigung aist, vorgegebene Soll-Beschleunigung asoll und Ableitung asteuer der Stellgröße Vsteuer
- R = the said basic component, i.e. either the constant basic component R * or the direction-dependent basic component R ±
- K v = proportionality factor for the variable speed component
- V tax = current manipulated value
- K a = proportionality factor for the variable acceleration component
- a akt = the said current acceleration, i.e. either the measured actual acceleration a ist or the specified target acceleration a soll or the derivative a tax of the manipulated variable V tax or an average value a akt - average of at least two of the measured actual acceleration values a, given a desired acceleration to a control and discharge control of the manipulated variable V
Durch die Ermittlung der aktuellen Beschleunigung aakt und der aktuellen Stellgröße Vist und einsetzen dieser Werte in Gleichung 5 kann dann auf besonders einfache Weise der erwartete Antriebstrom Ierw ermittelt werden. Is by determining the actual acceleration a act and the actual control value V, and substituting these values in
Im Falle eines richtungsabhängigen Grundanteils R± können die Werte R±, Kv und Ka wie folgt bestimmt werden. Zunächst wird der richtungsabhängige Grundanteil R± bestimmt, indem der betreffende Messschlitten durch den Elektromotor zunächst in positiver Geschwindigkeitsrichtung mit sehr geringer Geschwindigkeit verfahren wird. Der hierbei gemessene Antriebsstrom Iist wird als erster konstanter Wert R+ übernommen. Danach wird der Messschlitten in negativer Geschwindigkeitsrichtung mit sehr geringer Geschwindigkeit verfahren und der hierbei gemessene Antriebsstrom Iist wird als zweiter konstanter Wert R- übernommen. Danach wird der Proportionalitätsfaktor Kv für den variablen Geschwindigkeitsanteil bestimmt, indem der Messschlitten mit hoher konstanter Ist-Geschwindigkeit verfahren wird und die Stellgröße Vsteuer ermittelt und der tatsächliche Antriebsstrom Iist gemessen wird. Nachdem die aktuelle Beschleunigung aakt bei konstanter Geschwindigkeit etwa Null ist, kann der Proportionalitätsfaktor Kv für den variablen Geschwindigkeitsanteil dann wie folgt ermittelt werden:
Wie oben schon beschrieben, wird der Grundanteil R bei der Bestimmung des Proportionalitätsfaktors Kv für den variablen Geschwindigkeitsanteil mitberücksichtigt, indem der jeweilige gemessene Antriebsstrom Iist um den Grundanteil R vermindert wird, also Iist - R. Im Falle eines konstanten Grundanteils wäre anstellte von R natürlich R* einzusetzen und im Falle eines richtungsabhängigen Grundanteils R± wäre anstelle von R in Abhängigkeit von der Richtung der Geschwindigkeit, die durch die Stellgröße Vsteuer repräsentiert ist, entweder R+ oder R- einzusetzen.As already described above, the basic component R is taken into account when determining the proportionality factor K v for the variable speed component, in that the respective measured drive current I ist is reduced by the basic component R, i.e. I ist - R. In the case of a constant basic component, would be set by R, of course, R * and use in case of a direction-dependent basic component R ± would place of R depending on the direction of the velocity, which is represented by the control command value V, either R or R + - use.
Zuletzt wird der Proportionalitätsfaktor für den variablen Beschleunigungsanteil bestimmt, indem der Messschlitten mit hoher konstanter Ist-Beschleunigung aist verfahren wird und für einen Zeitpunkt die Stellgröße Vsteuer, die Ist-Beschleunigung aist und der tatsächliche Antriebsstrom Iist gemessen wird. Der Proportionalitätsfaktor Ka für den variablen Beschleunigungsanteil kann dann wie folgt ermittelt werden:
Auch in Gleichung 7 wird, wie oben schon beschrieben, der Grundanteil R bei der Bestimmung des Proportionalitätsfaktors Ka für den variablen Beschleunigungsanteil mitberücksichtigt, indem der jeweilige gemessene Antriebsstrom Iist um den Grundanteil R vermindert wird, also Iist - R. Im Falle eines konstanten Grundanteils wäre anstellte von R natürlich R* einzusetzen und im Falle eines geschwindigkeitsrichtungsabhängigen Grundanteils R± wäre anstelle von R in Abhängigkeit von der Richtung, die durch die Stellgröße Vsteuer repräsentiertet ist, entweder R+ oder R- einzusetzen.In
Aus dem erwarteten Antriebstrom Ierw kann dann sehr einfach ein Stromgrenzwert ermittelt werden, indem der zu erwartende Antriebstrom lerw um einen ersten Stromwert d erhöht wird. Hierbei ist folgendes zu beachten. Abhängig von der Richtung der Geschwindigkeit, die sich aus der Stellgröße Vsteuer ergibt, ist der Antriebstrom Iist in der Regel positiv oder negativ. (Hinweis: Bei vertikal beweglichen Messschlitten, deren Gewichtskraft nicht beispielsweise durch ein Gegengewicht oder eine Feder kompensiert ist, kann der Antriebsstrom Iist auch für beide Richtungen der Ist-Geschwindigkeit das gleiche Vorzeichen aufweisen). Die Erhöhung um einen ersten Stromwert d bedeutet im Falle eines positiven erwarteten Antriebstroms Ierw, dass der erste Stromwert d addiert wird, während im Falle eines negativen erwarteten Antriebstroms lerw der erste Stromwert d subtrahiert werden muss. Man kann aber auch einfach nur den Betrag des erwarteten Antriebstroms lerw verwenden, so dass eine Erhöhung dann generell durch Addition des ersten Stromwertes d erfolgt.A current limit value can then be determined very easily from the expected drive current I erw by increasing the expected drive current I erw by a first current value d. Please note the following here. Depending on the direction of the velocity, the tax results from the control value V, the drive current I is usually positive or negative. (Note: In the case of vertically movable measuring slides whose weight is not compensated for by a counterweight or a spring, for example, the drive current I ist can also have the same sign for both directions of the actual speed). The increase by a first current value d means in the case of a positive expected drive current I exp that the first current value d is added, while in the case of a negative expected drive current lerw the first current value d must be subtracted. However, one can also simply use the amount of the expected drive current I erw , so that an increase then generally takes place by adding the first current value d.
Anstelle eines Stromgrenzwertes kann aber auch, wie oben bereits ausgeführt, ein Stromgrenzwertband verwendet werden, indem zum erwarteten Antriebstrom ein erster Stromwert d addiert wird, um einen oberen Stromgrenzwert zu erhalten und vom erwarteten Antriebstrom ein zweiter Stromwert e subtrahiert wird, um einen unteren Stromgrenzwert zu erhalten. Soweit der erste Stromwert d und der zweite Stromwert e vom Betrag her gleich sind, spielt die Richtung der Geschwindigkeit, die sich aus der Stellgröße Vsteuer ergibt, keine Rolle, da der obere Stromgrenzwert und der untere Stromgrenzwert dann unabhängig von der Geschwindigkeitsrichtung immer gleich weit vom erwarteten Antriebstrom lerw entfernt sind.Instead of a current limit value, however, a current limit value band can also be used, as already explained above, in that a first current value d is added to the expected drive current in order to obtain an upper current limit value and a second current value e is subtracted from the expected drive current to give a lower current limit value obtain. D as far as the first current value and second current value e are the same in magnitude, makes the direction of the velocity, the control resulting from the control value V, not matter, since the upper current threshold and the lower current limit value far then independent of the velocity direction is always equal to are removed from the expected drive current I ext.
Soweit der erste Stromwert d und der zweite Stromwert e unterschiedlich sind, muss dann natürlich bei umgekehrter Richtung der Geschwindigkeit, die sich aus der Stellgröße Vsteuer ergibt, der erste konstante Stromwert d subtrahiert werden (hierdurch wird dann der untere Stromgrenzwert des Stromgrenzwertbandes erhalten) und der zweite konstante Stromwert e addiert werden (hierdurch wird dann der obere Stromgrenzwert des Stromgrenzwertbandes erhalten).D as far as the first current value and second current value e are different, must then of course in the opposite direction, the speed, the control resulting from the control value V, the first constant current value D is subtracted be (this the lower current limit of the current limit value band is then obtained), and the second constant current value e can be added (this then gives the upper current limit value of the current limit value band).
Somit wird bei der Ermittlung des Stromgrenzwertes oder eines ersten Stromgrenzwertes (oberer Stromgrenzwert für eine Richtung der Geschwindigkeit, unterer Stromgrenzwert für die andere Richtung der Geschwindigkeit) des Stromgrenzwertbandes der erwartete Antriebstrom um einen ersten Stromwert derart erhöht, dass der Betrag des Stromgrenzwertes oder des ersten Stromgrenzwertes des Stromgrenzwertbandes höher als der Betrag des erwarteten Antriebsstroms ist.Thus, when determining the current limit value or a first current limit value (upper current limit value for one direction of speed, lower current limit value for the other direction of speed) of the current limit value band, the expected drive current is increased by a first current value in such a way that the amount of the current limit value or the first current limit value of the current limit value band is higher than the amount of the expected drive current.
Zur Ermittlung eines zweiten Stromgrenzwertes (unterer Stromgrenzwert für eine Richtung der Geschwindigkeit, oberer Stromgrenzwert für die andere Richtung der Geschwindigkeit) des Stromgrenzwertbandes wird außerdem der erwartete Antriebstrom zusätzlich um einen zweiten Stromwert e derart vermindert, so dass der Betrag des zweiten Stromgrenzwertes des Stromgrenzwertbandes niedriger als der Betrag des erwarteten Antriebsstroms ist.To determine a second current limit value (lower current limit value for one direction of speed, upper current limit value for the other direction of speed) of the current limit value band, the expected drive current is additionally reduced by a second current value e so that the amount of the second current limit value of the current limit value band is lower than is the amount of expected drive current.
Der erste Stromwert d und/oder der zweite Stromwert e sind im einfachsten Fall konstant. Anstelle eines konstanten ersten Stromwertes d und gegebenenfalls eines konstanten zweiten Stromwertes e können aber auch Stromwerte verwendet werden, die in Abhängigkeit von Parametern, wie beispielsweise der Ist-Geschwindigkeit und/oder der Ist-Beschleunigung variieren. Beispielsweise kann der Betrag des ersten Stromwertes d und gegebenenfalls des zweiten Stromwertes e für geringe Geschwindigkeiten größer sein, als für hohe Geschwindigkeiten weil insbesondere für geringe Geschwindigkeiten sich höhere Abweichungen des gemessenen Antriebstroms gegenüber dem erwarteten Antriebstrom ergeben, als bei höheren Geschwindigkeiten.The first current value d and / or the second current value e are constant in the simplest case. Instead of a constant first current value d and possibly a constant second current value e, however, current values can also be used which vary as a function of parameters such as the actual speed and / or the actual acceleration. For example, the magnitude of the first current value d and possibly the second current value e can be greater for low speeds than for high speeds because, in particular for low speeds, there are higher deviations of the measured drive current compared to the expected drive current than at higher speeds.
Hinsichtlich der Mechanik zum Verstellen eines Sensors relativ zu einer Werkstückaufnahme ist folgendes anzumerken. Zum heutigen Zeitpunkt gibt es eine Fülle an unterschiedlichen Mechaniken mit denen ein Sensor relativ zu einer Werkstückaufnahme verstellt werden kann.With regard to the mechanics for adjusting a sensor relative to a workpiece holder, the following should be noted. At the present time there is an abundance of different mechanisms with which a sensor can be adjusted relative to a workpiece holder.
Üblich sind beispielsweise Mechaniken, bei denen die Werkstückaufnahme als feststehender Werkstücktisch ausgebildet ist, wobei der Sensor über die Mechanik meist in drei senkrecht aufeinander stehenden Koordinatenrichtungen verfahren werden kann. Dazu weist eine solche Mechanik für jede der Koordinatenrichtungen einen Messschlitten auf, der entlang einer Linearführung geführt ist wobei der betreffende Messschlitten über den besagten Elektromotor in der betreffenden Richtung angetrieben ist und ein Maßstab mit einem zugehörigen Ablesekopf vorgesehen ist, über den in der betreffenden Richtung die aktuelle Position des Messschlittens festgestellt werden kann. Ein beispielhafter Aufbau eines solchen Koordinatenmessgerätes ist ein Koordinatenmessgerät vom sogenannten Portaltyp wie es weiter unten im Zusammenhang mit
Bekannt sind auch Koordinatenmessgeräte, bei denen die Relativbewegung zwischen dem Sensor und der Werkstückauflage nicht oder nicht ausschließlich durch eine Verstellung des Sensors, sondern durch eine Verstellung der Werkstückauflage in einer oder mehreren Koordinatenrichtungen erzeugt wird. Dazu weist die betreffende Mechanik dann, genau wie oben im Zusammenhang mit der Verstellung des Sensors beschrieben, für jede der betreffenden Koordinatenrichtungen einen Messschlitten auf, der entlang einer Linearführung geführt ist, wobei der betreffende Messschlitten über den besagten Elektromotor in der betreffenden Richtung angetrieben ist und ein Maßstab mit einem zugehörigen Ablesekopf vorgesehen ist, über den in der betreffenden Richtung die aktuelle Position des Messschlittens festgestellt werden kann.Coordinate measuring machines are also known in which the relative movement between the sensor and the workpiece support is generated not or not exclusively by adjusting the sensor, but rather by adjusting the workpiece support in one or more coordinate directions. For this purpose, the relevant mechanics then, exactly as described above in connection with the adjustment of the sensor, have a measuring slide for each of the relevant coordinate directions, which is guided along a linear guide, the relevant measuring slide being driven in the relevant direction via the said electric motor and a scale with an associated reading head is provided, via which the current position of the measuring slide can be determined in the relevant direction.
Es sind ferner auch Koordinatenmessgeräte bekannt, bei denen die Relativbewegung zwischen der Werkstückauflage und dem Sensor durch Drehgelenke erzeugt wird. Beispiele hierfür sind Drehtische, die das Werkstück entlang einer vertikalen Drehachse drehbar lagern, Dreh-Schwenkgelenke mit denen der Sensor dreh- und schwenkbar am Ende des in drei Koordinatenrichtungen beweglich gelagerten Messarms befestigt ist oder Roboterarme, die nur Drehgelenke aufweisen. Auch hier ist zur Erzeugung der Drehbewegung in den Drehgelenken ein Elektromotor vorgesehen und ein Drehencoder, über den der jeweilige Drehwinkel des Drehgelenkes gemessen werden kann.Coordinate measuring machines are also known in which the relative movement between the workpiece support and the sensor is generated by swivel joints. Examples of this are turntables that support the workpiece rotatably along a vertical axis of rotation, swivel joints with which the sensor is rotatably and pivotably attached to the end of the measuring arm, which is movably mounted in three coordinate directions, or robot arms that only have swivel joints. Here, too, an electric motor and a rotary encoder, via which the respective angle of rotation of the rotary joint can be measured, are provided for generating the rotary movement in the swivel joints.
Es sind außerdem auch Koordinatenmessgeräte bekannt, bei denen die Relativbewegung zwischen dem Sensor und der Werkstückauflage nur auf zwei Koordinatenrichtungen beschränkt ist. Die dritte Koordinatenrichtung wird hierbei beispielsweise optisch über einen optischen Abstandsensor ermittelt. Prinzipiell ist sogar eine Mechanik denkbar, bei der die Relativbewegung zwischen dem Sensor und der Werkstückauflage in nur einer Koordinatenrichtung erfolgt. Beispielsweise könnte der Sensor eine Digitalkamera sein, die die gesamte Breite des Werkstückes erfasst und die den Abstand zum Werkstück beispielsweise durch die Fokuslage misst.Coordinate measuring machines are also known in which the relative movement between the sensor and the workpiece support is limited to only two coordinate directions. The third coordinate direction is determined, for example, optically using an optical distance sensor. In principle, a mechanism is even conceivable in which the relative movement between the sensor and the workpiece support takes place in only one coordinate direction. For example, the sensor could be a digital camera that records the entire width of the workpiece and that measures the distance to the workpiece, for example through the focus position.
Als Sensor kommen hierbei unterschiedlichste Typen infrage Es können taktile Sensoren verwendet werden, wie beispielsweise ein messender Tastkopf, bei dem in drei Koordinatenrichtungen die Auslenkung eines das Werkstück berührenden Tastelementes gemessen werden kann oder ein schaltender Tastkopf, der bei Berührung des Werkstückes mit seinem Tastelement ein Signal abgibt. Es können aber genauso beispielsweise optische Sensoren, wie eine Digitalkamera oder ein Lasertriangulationstaster oder andere geeignete Sensoren verwendet werden.A wide variety of types can be used as sensors.Tactile sensors can be used, such as a measuring probe head, in which the deflection of a probe element touching the workpiece can be measured in three coordinate directions, or a switching probe head which sends a signal when the workpiece touches its probe element gives away. However, optical sensors such as a digital camera or a laser triangulation button or other suitable sensors can also be used, for example.
Die Erfindung erlaubt es für beliebige Verläufe der Geschwindigkeit und damit auch beliebige Verläufe der Beschleunigung eine zuverlässige Kollisionsüberwachung bereitzustellen. Um eine hohe Beschleunigung des Sensors oder der Werkstückauflage zu erzielen, ist ein entsprechend hoher Stromgrenzwert erforderlich. Ist nur eine langsame Geschwindigkeit vorgegeben und sind nur geringe Beschleunigungswerte erlaubt, kann der Stromgrenzwert niedrig gewählt werden.The invention makes it possible to provide reliable collision monitoring for any course of the speed and thus also any course of the acceleration. In order to achieve high acceleration of the sensor or the workpiece support, a correspondingly high current limit value is required. If only a slow speed is specified and only low acceleration values are allowed, the current limit value can be selected to be low.
Insbesondere wird ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts vorgeschlagen, wobei eine Mechanik zum Verstellen eines Sensors relativ zu einer Werkstückauflage in zumindest einer Richtung vorgesehen ist und diese Mechanik wenigstens einen Elektromotor aufweist, über den die Verstellung des Sensors oder der Werkstückauflage in dieser Richtung angetrieben wird und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- (a) ein elektrischer Antriebstrom, der durch den Elektromotor fließt, um eine Bewegung des Elektromotors und auf diese Weise eine Bewegung des Sensors oder der Werkstückauflage zu bewirken, wird gemessen,
- (b) eine Ist-Position des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung wird gemessen,
- (c) eine Regelabweichung zwischen der gemessenen Ist-Position und einer vorgegebenen Soll-Position wird durch Ermittlung der Differenz zwischen der gemessenen Ist-Position und der vorgegebenen Soll-Position bestimmt,
- (d) aufgrund der Regelabweichung wird durch einen Regler eine Stellgröße ermittelt, die zur einzustellenden Geschwindigkeit des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung proportional ist,
- (e) abhängig von der durch den Regler ermittelten Stellgröße wird ein Stromgrenzwert oder ein Stromgrenzwertband (d. h. ein Bereich von Werten für den Antriebstrom, der durch einen unteren Stromgrenzwert und einen oberen Stromgrenzwert definiert ist) für den elektrischen Antriebstrom ermittelt,
- (f) wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert erreicht und/oder wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert überschreitet, oder wenn das Stromgrenzwertband verlassen wird, wird die Bewegung der Mechanik zumindest in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung angehalten.
- (a) an electric drive current that flows through the electric motor in order to cause a movement of the electric motor and in this way a movement of the sensor or the workpiece support is measured,
- (b) an actual position of the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor is measured,
- (c) a control deviation between the measured actual position and a predetermined target position is determined by determining the difference between the measured actual position and the predetermined target position,
- (d) on the basis of the system deviation, a controller determines a manipulated variable that is proportional to the speed to be set for the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor,
- (e) depending on the manipulated variable determined by the controller, a current limit value or a current limit value band (i.e. a range of values for the drive current that is defined by a lower current limit value and an upper current limit value) is determined for the electrical drive current,
- (f) if the electrical drive current reaches the determined current limit value and / or if the electrical drive current exceeds the determined current limit value, or if the current limit value band is left, the movement of the mechanics is stopped at least in the direction driven by the electric motor.
„Überschreiten“ des Stromgrenzwertes beinhaltet, dass der Antriebstrom in einem Fall z. B. größer als der Stromgrenzwert wird und in einem anderen Fall z. B. kleiner als der Stromgrenzwert wird. „Überschreiten“ ist also im Sinne eines „Überquerens“ zu verstehen. Die Ermittlung eines Stromgrenzwertes und die Überwachung, ob der Stromgrenzwert erreicht und/oder überschritten wird, schließt auch die Möglichkeit eines Stromgrenzwertbandes ein, d. h. eines Bereichs von Werten für den Antriebstrom, der durch einen unteren Stromgrenzwert und einen oberen Stromgrenzwert definiert ist. Es wird dann überwacht, ob der Antriebstrom das Stromgrenzwertband, d. h. den Bereich, verlässt, in welchem Fall die Bewegung der Mechanik zumindest in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung angehalten wird. Ein Verlassen des Stromgrenzwertbandes ist hierbei so zu verstehen, dass der Antriebsstrom den oberen Stromgrenzwert des Stromgrenzwertbandes erreicht und/oder überschreitet oder den unteren Stromgrenzwert des Stromgrenzwertbandes erreicht und/oder „überschreitet“. Die Überprüfung, ob das Stromgrenzwertband verlassen wird, ist damit faktisch dasselbe wie die Überwachung, ob ein Stromgrenzwert erreicht und/oder überschritten wird, nur dass diese Überwachung für einen oberen Stromgrenzwert und für einen unteren Stromgrenzwert vorgenommen wird. Dieses Merkmal wurde aus Gründen der Klarheit in die unabhängigen Ansprüche aufgenommen."Exceeding" the current limit value means that the drive current in one case z. B. is greater than the current limit and in another case z. B. is smaller than the current limit value. “Crossing” is to be understood in the sense of “crossing”. The determination of a current limit value and the monitoring of whether the current limit value is reached and / or exceeded also includes the possibility of a current limit value band, i. H. a range of values for the drive current which is defined by a lower current limit value and an upper current limit value. It is then monitored whether the drive current exceeds the current limit value band, i. H. leaves the area, in which case the movement of the mechanics is stopped at least in the direction driven by the electric motor. Leaving the current limit value band is to be understood as meaning that the drive current reaches and / or exceeds the upper current limit value of the current limit value band or reaches and / or “exceeds” the lower current limit value of the current limit value band. Checking whether the current limit value band is left is in fact the same as monitoring whether a current limit value is reached and / or exceeded, only that this monitoring is carried out for an upper current limit value and for a lower current limit value. This feature has been included in the independent claims for the sake of clarity.
Die Bestimmung von Koordinaten in einem Koordinatensystem ist nicht darauf beschränkt, dass die Koordinaten kartesische Koordinaten sind. Vielmehr können Koordinaten jeglicher Art bestimmt werden, beispielsweise Polarkoordinaten, Zylinderkoordinaten usw.. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Stromüberwachung besteht darin, dass die Überwachung auch während einer beschleunigten Bewegung des Sensors oder der Werkstückauflage in der betreffenden, durch den Elektromotor angetriebenen Richtung aktiv bleiben kann. Es können prinzipiell beliebig hohe Beschleunigungswerte zugelassen werden, ohne dass die Stromüberwachung ausgeschaltet werden muss.The determination of coordinates in a coordinate system is not limited to the fact that the coordinates are Cartesian coordinates. Rather, coordinates of any kind can be determined, for example polar coordinates, cylinder coordinates, etc. A significant advantage of the current monitoring system according to the invention is that the monitoring can remain active even during an accelerated movement of the sensor or the workpiece support in the relevant direction driven by the electric motor. In principle, any high acceleration values can be permitted without the current monitoring having to be switched off.
Wie oben ausführlich dargestellt, wird aus der durch den Regler ermittelten Stellgröße und gegebenenfalls einer aktuellen Beschleunigung ein erwarteter Antriebsstrom ermittelt und hieraus der Stromgrenzwert oder das Stromgrenzwertband ermittelt. Bei der Ermittlung können zur weiteren Erhöhung der Präzision noch weitere Parameter verwendet werden, wie die Umgebungstemperatur, die Temperatur von Teilen des Koordinatenmessgeräts, die Position des Sensors und/oder der Werkstückauflage in einem ortsfesten Koordinatensystem, die relative Position des Sensors oder der Werkstückauflage in Bezug auf das zu vermessende Werkstück oder in Bezug auf andere Teile des Messaufbaus und/oder durch Betriebszustände (wie z. B. eine aktuell gewählte Getriebestufe eines mehrstufigen Getriebes, welches bei der Kraftübertragung des Elektromotors auf den Sensor oder auf die Werkstückauflage in der betreffenden, durch den Elektromotor angetriebenen Richtung eingesetzt wird), bestimmt sein. Die Berücksichtigung solcher Parameter erhöht die Sicherheit weiter. Auf diese Weise kann der Stromgrenzwert dichter bei dem tatsächlich für den Betrieb benötigten Stromwert liegen.As shown in detail above, an expected drive current is determined from the manipulated variable determined by the controller and, if applicable, a current acceleration, and the current limit value or the current limit value band is determined from this. In the determination, further parameters can be used to further increase the precision, such as the ambient temperature, the temperature of parts of the coordinate measuring machine, the position of the sensor and / or the workpiece support in a fixed coordinate system, the relative position of the sensor or the workpiece support in relation on the workpiece to be measured or in relation to other parts of the measurement setup and / or through operating states (such as a currently selected gear stage of a multi-stage gearbox, which occurs when the electric motor transmits power to the sensor or to the workpiece support in the relevant the electric motor driven direction is used), be determined. Taking such parameters into account further increases security. In this way, the current limit value can be closer to the current value actually required for operation.
Wenn der Stromgrenzwert überschritten wird oder wenn der Stromgrenzwert erreicht oder überschritten wird oder das Stromgrenzwertband verlassen wird, wird die Mechanik zumindest in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung angehalten. Soweit die Mechanik eine Verstellung des Sensors relativ zur Werkstückauflage in mehreren Richtungen zulässt, wird die Mechanik vorzugsweise in allen Richtungen angehalten.If the current limit value is exceeded or if the current limit value is reached or exceeded or the current limit value band is left, the mechanism is stopped at least in the direction driven by the electric motor. If the mechanics allow the sensor to be adjusted in several directions relative to the workpiece support, the mechanics are preferably stopped in all directions.
Das Anhalten der Mechanik in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung kann auf unterschiedliche Weise geschehen. Im einfachsten Fall wird der elektrische Antriebstrom des zum Antrieb in der betreffenden Richtung vorgesehenen Elektromotors abgeschaltet. Um die Bremswirkung zu erhöhen kann außerdem der Elektromotor kurzzeitig so angesteuert werden, dass die Antriebsrichtung umgedreht wird. Außerdem kann auch der Elektromotor kurzgeschlossen werden. Auch kann eine Bremse vorgesehen sein, die dann ausgelöst wird. Weiterhin kann eine Kupplung vorgesehen sein, über die der betreffende Messschlitten, der zum Verstellen des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung vorgesehen ist, vom Elektromotor ausgekoppelt werden, so dass keine Kräfte mehr vom Elektromotor auf den Messschlitten übertragen werden. Es kann auch die Begrenzung der Kraft und/oder des Drehmoments des Elektromotors auf einen vorgegebenen Wert erfolgen. Dieser Wert kann unveränderlich sein oder vom Betriebszustand, der Position der Koordinatenmesseinrichtung und/oder von weiteren Faktoren abhängen.The mechanical system can be stopped in the direction driven by the electric motor happen different ways. In the simplest case, the electric drive current of the electric motor provided for driving in the relevant direction is switched off. In order to increase the braking effect, the electric motor can also be activated briefly in such a way that the drive direction is reversed. The electric motor can also be short-circuited. A brake can also be provided, which is then triggered. Furthermore, a coupling can be provided via which the relevant measuring slide, which is provided for adjusting the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor, is decoupled from the electric motor so that no more forces are transmitted from the electric motor to the measuring slide. The force and / or the torque of the electric motor can also be limited to a predetermined value. This value can be unchangeable or it can depend on the operating state, the position of the coordinate measuring device and / or on other factors.
Das Anhalten der Mechanik in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung kann zusätzlich davon abhängig gemacht werden, dass der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert kontinuierlich über ein Zeitintervall vorgegebener Länge hinweg erreicht und/oder überschreitet oder dass der elektrische Antriebstrom das ermittelte Stromgrenzwertband kontinuierlich über ein Zeitintervall vorgegebener Länge hinweg verlässt. Alternativ oder zusätzlich kann der gemessene elektrische Antriebstrom einer Glättung von zeitlichen Schwankungen durch ein Filter unterworfen werden. In beiden Fällen kann hierdurch sichergestellt werden, dass eine sehr kurzzeitige (insbesondere durch einen Messfehler verursachte) Überschreitung oder das sehr kurzzeitige Erreichen des Stromgrenzwertes noch keine Auswirkungen auf den Betrieb des Koordinatenmessgeräts haben.The stopping of the mechanics in the direction driven by the electric motor can also be made dependent on the fact that the electric drive current reaches and / or exceeds the determined current limit value continuously over a time interval of a predetermined length or that the electric drive current continuously exceeds the determined current limit value band over a time interval of a predetermined length Length away. As an alternative or in addition, the measured electrical drive current can be subjected to a smoothing of temporal fluctuations by means of a filter. In both cases, it can be ensured that a very brief (in particular caused by a measurement error) exceeding or very brief reaching of the current limit value does not yet have any effects on the operation of the coordinate measuring machine.
Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Elektromotoren des Koordinatenmessgeräts vorgesehen, die zusammengenommen die Bewegung des Sensors und/oder der Werkstückauflage bewirken. Dabei sind die Bewegungen der Elektromotoren eindeutig Bewegungskomponenten der Bewegung des Sensors oder der Werkstückauflage zugeordnet. A plurality of electric motors of the coordinate measuring machine are preferably provided, which together cause the movement of the sensor and / or the workpiece support. The movements of the electric motors are clearly assigned to movement components of the movement of the sensor or the workpiece support.
Z. B. ist jeweils zumindest ein Elektromotor für eine Linearbewegung des Sensors oder der Werkstückauflage in der betreffenden Richtung der Linearbewegung vorgesehen, wobei jede der Linearbewegungen ausschließlich in einer von drei paarweise zueinander senkrecht stehenden Richtungen stattfinden kann. Im Ergebnis kann innerhalb eines erreichbaren Bewegungsbereichs somit jeder gewünschte Punkt auf direktem Weg angefahren werden. Allgemein wird im Fall der Mehrzahl von Elektromotoren, die gemeinsam die Bewegung des Sensors und/ oder der Werkstückauflage bewirken, vorzugsweise für jeden der Mehrzahl von Elektromotoren separat ein Stromgrenzwert des elektrischen Antriebstroms ermittelt, wobei dieser Stromgrenzwert abhängig von der Stellgröße der Bewegungskomponente ist, die von dem jeweiligen Elektromotor bewirkt wird.For example, at least one electric motor is provided for a linear movement of the sensor or the workpiece support in the relevant direction of the linear movement, each of the linear movements being able to take place exclusively in one of three directions that are perpendicular to one another in pairs. As a result, any desired point can be approached directly within an accessible range of motion. In general, in the case of the plurality of electric motors that jointly cause the movement of the sensor and / or the workpiece support, a current limit value of the electrical drive current is preferably determined separately for each of the plurality of electric motors, this current limit value being dependent on the manipulated variable of the movement component, which is determined by the respective electric motor is effected.
Im Fall eines Koordinatenmessgeräts mit jeweils zumindest einem Elektromotor für die x-Achse, die y-Achse und die z-Achse in einem kartesischen Koordinatensystem werden also separat Stromgrenzwerte oder Stromgrenzwertbänder für die Motorströme abhängig von den ermittelten Stellgrößen in x-Richtung, in y-Richtung und in z-Richtung ermittelt.In the case of a coordinate measuring machine with at least one electric motor each for the x-axis, the y-axis and the z-axis in a Cartesian coordinate system, separate current limit values or current limit value bands for the motor currents are determined depending on the determined manipulated variables in the x-direction, in the y- Direction and determined in the z-direction.
Insbesondere kann für zumindest eine der Bewegungskomponenten eine Mehrzahl von Elektromotoren vorgesehen sein, um die Bewegung des Sensors relativ zur Werkstückauflage zu bewirken wie es beispielsweise bei Koordinatenmessgeräten in Portalbauweise der Fall ist. In diesem Fall wird vorzugsweise für jeden der Elektromotoren derselben Bewegungskomponente der Stromgrenzwert oder das Stromgrenzwertband ermittelt (im Fall baugleicher Elektromotoren kann u. U. derselbe Stromgrenzwert oder dasselbe Stromgrenzwertband verwendet werden) und wird separat überwacht, ob der Stromgrenzwert oder einer der beiden Stromgrenzwerte des Stromgrenzwertbandes für den betrachteten Elektromotor erreicht und/oder überschritten wird. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird zumindest ein gemessener Wert des elektrischen Antriebstroms während des Betriebes des Koordinatenmessgeräts, insbesondere während einer Bewegung des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung, mit einem erwarteten Wert verglichen wird, um die Messung des elektrischen Antriebstroms auf Messfehler zu überprüfen. Der erwartete Wert kann z. B. unter Verwendung der ermittelten Stellgröße und gegebenenfalls der gemessenen aktuellen Beschleunigung ermittelt werden. Unter der Voraussetzung, dass der Sensor oder die Werkstückauflage sich in der betreffenden durch den Elektromotor angetriebenen Richtung ungehindert bewegt, kann auf diese Weise die Messung des elektrischen Antriebstroms auf fehlerfreie Funktionsweise überprüft werden. Bei Geräten mit mehr als einem Motor für eine Bewegungsrichtung (z.B. Doppelantrieb an einem Gantry-Gerät in Portal- oder Brückenbauweise) ist es vorteilhaft, nicht die einzelnen Motorströme sondern die Summe der Motorströme der beiden Motoren des Doppelantriebes zu begrenzen.In particular, a plurality of electric motors can be provided for at least one of the movement components in order to bring about the movement of the sensor relative to the workpiece support, as is the case, for example, with coordinate measuring machines with a portal design. In this case, the current limit value or the current limit value band is preferably determined for each of the electric motors of the same movement component (in the case of structurally identical electric motors, the same current limit value or the same current limit value band may be used) and it is monitored separately whether the current limit value or one of the two current limit values of the current limit value band is reached and / or exceeded for the electric motor under consideration. In a preferred embodiment, at least one measured value of the electric drive current is compared with an expected value during operation of the coordinate measuring machine, in particular during a movement of the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor, in order to check the measurement of the electric drive current for measurement errors to check. The expected value can e.g. B. can be determined using the determined manipulated variable and possibly the measured current acceleration. Provided that the sensor or the workpiece support moves unhindered in the relevant direction driven by the electric motor, the measurement of the electric drive current can be checked for error-free functionality in this way. In the case of devices with more than one motor for one direction of movement (e.g. double drive on a gantry device in portal or bridge design), it is advantageous not to limit the individual motor currents but rather the sum of the motor currents of the two motors of the double drive.
Die Ermittlung des Stromgrenzwertes (oder des Stromgrenzwertbandes), der von der Stellgröße des Reglers in der betreffenden durch den Elektromotor angetriebenen Richtung abhängt, wird vorzugsweise von zumindest einer Recheneinrichtung durchgeführt. Alternativ oder zusätzlich kann die Recheneinrichtung auch die Maßnahmen einleiten und/oder steuern, die zum Anhalten der Mechanik in der vom Elektromotor angetriebenen Richtung erforderlich sind, wenn der Stromgrenzwert erreicht und/oder überschritten wird oder das Stromgrenzwertband verlassen wird. Diese Funktionalität der Recheneinrichtung kann durch Hardware und/oder Software realisiert werden.The determination of the current limit value (or the current limit value band), which depends on the manipulated variable of the controller in the relevant direction driven by the electric motor, is preferably carried out by at least one computing device carried out. Alternatively or additionally, the computing device can also initiate and / or control the measures that are required to stop the mechanics in the direction driven by the electric motor when the current limit value is reached and / or exceeded or the current limit value band is left. This functionality of the computing device can be implemented by hardware and / or software.
Zum Umfang der vorliegenden Erfindung gehört auch ein Koordinatenmessgerät mit einer Mechanik, einer Werkstückauflage zur Aufnahme eines zu vermessenden Werkstückes und einem Sensor, wobei der Sensor und die Werkstückauflage von der Mechanik in zumindest einer Richtung relativ zueinander verstellbar ist, wobei die Mechanik wenigstens einen Elektromotor aufweist, über den die Verstellung des Sensors oder der Werkstückauflage in dieser Richtung angetrieben wird. Das Koordinatenmessgerät weist Folgendes auf:
- (a) eine Strom-Messeinrichtung, die ausgestaltet ist, einen elektrischen Antriebstrom, der durch den Elektromotor fließt, um eine Bewegung des Elektromotors zu erzeugen und auf diese Weise eine Bewegung des Sensors oder der Werkstückauflage in der betreffenden durch den Elektromotor angetriebenen Richtung zu bewirken, zu messen,
- (b) eine Ist-Positionsmesseinrichtung, die dazu ausgestaltet ist, die Ist-Position des Sensors oder der Messauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung zu messen,
- (c) eine Differenzermittlungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist eine Regelabweichung zwischen der gemessenen Ist-Position und einer vorgegebenen Soll-Position durch Ermittlung der Differenz zwischen der gemessenen Ist-Position und der vorgegebenen Soll-Position zu bestimmen,
- (d) einen Regler, insbesondere einen Lageregler, der aufgrund der Regelabweichung eine Stellgröße ermittelt, die zur einzustellenden Geschwindigkeit des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung proportional ist,
- (e) eine Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung, die ausgestaltet ist, abhängig von der durch den Regler ermittelten Stellgröße einen Stromgrenzwert oder ein Stromgrenzwertband (d. h. ein Bereich von Werten für den Antriebstrom, der durch einen unteren Stromgrenzwert und einen oberen Stromgrenzwert definiert ist) für den elektrischen Antriebstrom zu ermitteln, und
- (f) eine Betätigungseinrichtung, die mit der Strom-Messeinrichtung und mit der Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung verbunden ist und die ausgestaltet ist, die Bewegung der Mechanik zumindest in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung anzuhalten, wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert erreicht und/oder wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert überschreitet oder wenn der Antriebstrom das Stromgrenzwertband verlässt.
- (A) a current measuring device which is designed to generate an electric drive current which flows through the electric motor in order to generate a movement of the electric motor and in this way to cause a movement of the sensor or the workpiece support in the relevant direction driven by the electric motor , to eat,
- (b) an actual position measuring device which is designed to measure the actual position of the sensor or the measurement support in the direction driven by the electric motor,
- (c) a difference determination device which is set up to determine a control deviation between the measured actual position and a predetermined target position by determining the difference between the measured actual position and the predetermined target position,
- (d) a controller, in particular a position controller, which, based on the control deviation, determines a manipulated variable that is proportional to the speed to be set for the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor,
- (e) a current limit value determination device which is designed, depending on the manipulated variable determined by the controller, a current limit value or a current limit value band (ie a range of values for the drive current that is defined by a lower current limit value and an upper current limit value) for the electrical Determine drive current, and
- (f) an actuating device which is connected to the current measuring device and to the current limit value determination device and which is designed to stop the movement of the mechanics at least in the direction driven by the electric motor when the electric drive current reaches the determined current limit value and / or if the electrical drive current exceeds the determined current limit value or if the drive current leaves the current limit value band.
Zum Beispiel weist die Betätigungseinrichtung eine Abschalteinrichtung auf, die mit der Strom-Messeinrichtung und mit der Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung verbunden ist und die ausgestaltet ist, den elektrischen Antriebstrom abzuschalten, wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert erreicht und/oder wenn der elektrische Antriebstrom den ermittelten Stromgrenzwert überschreitet oder wenn der elektrische Antriebsstrom das Stromgrenzwertband verlässt.For example, the actuating device has a disconnection device which is connected to the current measuring device and to the current limit value determination device and which is designed to switch off the electrical drive current when the electrical drive current reaches the determined current limit value and / or when the electrical drive current reaches the determined value Current limit value exceeds or when the electric drive current leaves the current limit value band.
Das Koordinatenmessgerät ist natürlich eingerichtet, auch die Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 15 auszuführen. Insbesondere zur Ausführung eines Verfahrens gemäß wenigstens eines der Ansprüche 2 bis 10 ist dann die Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung entsprechend eingerichtet, so dass das Verfahren ausgeführt werden kann.The coordinate measuring machine is of course set up to also carry out the method according to one of
Soweit die Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung so ausgestaltet ist, dass bei der Ermittlung des erwarteten Antriebsstroms Ierw zusätzlich ein variabler Beschleunigungsanteil Ka •aakt berücksichtigt wird, der proportional zu einer aktuellen Beschleunigung aakt des Sensors oder der Werkstückauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung ist, können zusätzliche Einrichtungen vorhanden sein, die die aktuelle Beschleunigung aakt bereitstellen.Insofar as the current limit value determination device is designed so that when determining the expected drive current I erw , a variable acceleration component K a • a act is also taken into account, which is proportional to a current acceleration a act of the sensor or the workpiece support in the direction driven by the electric motor is, additional devices can be present that provide the current acceleration a act .
Soweit als aktuelle Beschleunigung aakt eine Soll-Beschleunigung asoll verwendet wird, kann als aktuelle Beschleunigung aakt der Wert der Soll-Beschleunigung asoll verwendet werden, der von der Steuerung selber bereit gestellt wird.As far as the actual acceleration a act, a target acceleration a will is used, the target acceleration a is to be used, which is provided by the controller itself as the current acceleration a act of value.
Soweit als aktuelle Beschleunigung aakt eine gemessene Ist-Beschleunigung aist verwendet werden sollte, kann zusätzlich eine Ist-Beschleunigungsmesseinrichtung vorgesehen sein, die dazu ausgestaltet ist, die Ist-Beschleunigung aist des Sensors oder der Messauflage in der durch den Elektromotor angetriebenen Richtung zu messen. Die Ist-Beschleunigung kann auf unterschiedliche Weise ermittelt werden. Beispielsweise kann die Ist-Beschleunigung aus den Maßstabswerten eines durch den Elektromotor angetriebenen Messschlittens der Mechanik bestimmt werden, indem die Maßstabswerte zweifach nach der Zeit abgeleitet werden. Die Maßstabswerte werden also zweifach zeitlich abgeleitet. Alternativ kann auch ein Beschleunigungssensor verwendet werden, der beispielsweise am betreffenden Messschlitten oder am Sensor befestigt ist. Der betreffende Beschleunigungssensor liefert hierbei unmittelbar die Ist-Beschleunigung aist.As far as the actual acceleration a act of a measured actual acceleration a is to be used, may additionally be provided an actual acceleration measuring device which is adapted to the actual acceleration a is to the sensor or the measuring pad in the driven by the electric motor direction measure up. The actual acceleration can be determined in different ways. For example, the actual acceleration can be determined from the scale values of a mechanical measuring slide driven by the electric motor, in that the scale values are derived twice according to the time. The scale values are thus derived twice over time. Alternatively, an acceleration sensor can also be used can be used, which is attached, for example, to the relevant measuring slide or to the sensor. The acceleration sensor in question here directly supplies the actual acceleration a.
Soweit als aktuelle Beschleunigung aakt eine zeitliche Ableitung asteuer der besagten Stellgröße Vsteuer verwendet wird, kann eine Ableitungs-Berechnungseinheit vorgesehen sein, die dazu ausgestaltet ist, eine zeitliche Ableitung asteuer der besagten Stellgröße Vsteuer zu ermitteln.If a time derivative a tax of said manipulated variable V tax is used as the current acceleration a act , a derivative calculation unit can be provided which is designed to determine a time derivative a tax of said manipulated variable V tax.
Soweit als aktuelle Beschleunigung aakt ein Mittelwert aakt-mittel aus wenigstens zwei der Größen gemessene Ist-Geschwindigkeit, vorgegebene Soll-Geschwindigkeit und ermittelte Ableitung asteuer der der Stellgröße Vsteuer verwendet wird, kann zusätzlich eine Mittelwert - Berechnungseinheit vorgesehen sein, die dazu ausgestaltet ist, einen Mittelwert aakt-mittel aus wenigstens zwei der Größen gemessene Ist-Beschleunigung aist, vorgegebene Soll-Beschleunigung asoll oder zeitliche Ableitung asteuer der Stellgröße Vsteuer zu errechnen.Insofar as a mean value a akt - mean of at least two of the variables measured actual speed, specified target speed and determined derivation a tax used for the manipulated variable V tax is used as the current acceleration a act, a mean value calculation unit can also be provided for this purpose is designed to calculate a mean value a akt - mean from at least two of the measured values actual acceleration a ist , predetermined target acceleration a soll or time derivative a tax of the manipulated variable V tax.
Hinsichtlich der steuerungsnahen Komponenten, wie beispielsweise die Strom-Messeinrichtung, die Ist-Positionsmesseinrichtung, die Ist-Beschleunigungsmesseinrichtung, die Ableitungs-Berechnungseinheit, die Differenzermittlungseinrichtung, der Regler, die Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung, die Betätigungseinrichtung oder die Abschalteinrichtung des Koordinatenmessgerätes ist ausdrücklich hervorzuheben, dass diese natürlich vielfältig variieren können. Beispielsweise können mehrere Komponenten aus Gründen der Effizienz als ein gemeinsamer Programmcode auf einem Mikrocontroller realisiert sein. Dies ist beispielsweise weiter unten im Zusammenhang mit
Alternativ könnten einzelne Komponenten aber auch als separate Programme auf einem gemeinsamen Multitasking-Mikrocontroller ausgeführt werden oder auf separaten Mikrocontrollern ausgeführt werden. Weiterhin können einzelne oder alle Komponenten auch analog ausgeführt sein. Außerdem können analoge und digitale Komponenten auf einem gemeinsamen Baustein untergebracht sein.Alternatively, however, individual components could also be executed as separate programs on a common multitasking microcontroller or executed on separate microcontrollers. Furthermore, some or all of the components can also be designed analogously. In addition, analog and digital components can be accommodated on a common module.
Insbesondere kann das Koordinatenmessgerät einen Computer oder einen Mikrocontroller aufweisen, der die Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung enthält.In particular, the coordinate measuring machine can have a computer or a microcontroller which contains the current limit value determination device.
Ferner gehört zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm, das bei Ablauf auf einem Computer oder einem Mikrocontroller zumindest den Stromgrenzwert oder das Stromgrenzwertband ermittelt und optional auch die bei Erreichen und/oder Überschreiten des Stromgrenzwertes oder beim Verlassen des Stromgrenzwertbandes die jeweils zu ergreifenden Maßnahmen einleitet und/oder steuert. Insbesondere weist das Computerprogramm Programmcode-Mittel auf, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein können.The scope of the invention also includes a computer program which, when running on a computer or a microcontroller, determines at least the current limit value or the current limit value band and optionally also initiates the measures to be taken when the current limit value is reached and / or exceeded or when the current limit value band is left and / or controls. In particular, the computer program has program code means which can be stored on a computer-readable data carrier.
Außerdem gehört zum Umfang der Erfindung ein Datenträger, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder eines Mikrocontrollers zumindest den Stromgrenzwert ermittelt und optional auch die bei Erreichen und/oder Überschreiten des Stromgrenzwertes oder beim Verlassen des Stromgrenzwertbandes die jeweils zu ergreifenden Maßnahmen einleitet und/oder steuert.In addition, the scope of the invention includes a data carrier on which a data structure is stored which, after being loaded into a working and / or main memory of a computer or a microcontroller, determines at least the current limit value and optionally also that when the current limit value is reached and / or exceeded initiates and / or controls the measures to be taken when leaving the current limit value band.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die einzelnen Figuren zeigen:
-
1 ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise, -
2 rein schematische Darstellung des Antriebes des inx-Richtung beweglichen Querschlittens 7 aus1 mit einer erfindungsgemäßen Kollisionsüberwachung, -
3 Ablaufdiagramm zur Ermittlung des Stellwertes Vsteuer durchden Lageregler 14 gemäß 2 , -
4 Ablaufdiagramm zur Ermittlung des Stellwertes Vsteuer durchden Lageregler 14 gemäß 2 mit einem gegenüber 3 modifizierten Verfahren, -
5 Ablaufdiagramm zur Ermittlung des oberen Stromgrenzwertes Imax und des unteren Stromgrenzwertes Imin eines Stromgrenzwertbandes in der Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung 15 aus 2 , -
6 Darstellung des tatsächlich fließenden Antriebsstroms Iist und des erwarteten Antriebsstroms Ierw und des hieraus ermittelten oberen Stromgrenzwertes Imax und des unteren Stromgrenzwertes Imin eines Stromgrenzwertbandes für einen beispielhaften Verlauf der Soll-Geschwindigkeit vsoll.fürden Antrieb aus 2 , -
7 Darstellung des tatsächlich fließenden Antriebsstroms Iist und des erwarteten Antriebsstroms Ierw und des hieraus ermittelten oberen Stromgrenzwertes Imax und des unteren Stromgrenzwertes Imin eines Stromgrenzwertbandes für einen beispielhaften Verlauf der Soll-Geschwindigkeit Vsoll bei einer Kollision des in2 gezeigten Querschlittens 7 mit einem Gegenstand, -
8 Darstellung wie in7 , wobei zusätzlich der obere Stromgrenzwert Imax-prior-art eingezeichnet ist, der von einer herkömmlichen Kollisionsüberwachung aufgrund der Soll-Geschwindigkeit und der Soll-Beschleunigung ermittelt würde und der entsprechende Verlauf des gemessenen Antriebsstroms Iist-prior-art, -
9 eine Messkette bei der Verarbeitung eines Messwertes des Antriebsstroms Iist, -
10 Darstellung des tatsächlich fließenden Antriebsstroms Iist und des erwarteten Antriebsstroms Ierw für einen beispielhaften Verlauf der Soll-Geschwindigkeit Vsoll des in2 gezeigten Querschlittens 7 , -
11 Darstellung des erwarteten Antriebsstroms Ierw-prior-art für denselben Verlauf der Soll-Geschwindigkeit Vsoll gemäß10 , wobei der erwartete Antriebsstrom Ierw-prior-art mit einem herkömmlichen Verfahren aus der Soll-Geschwindigkeit und der Soll-Beschleunigung ermittelt wurde, -
12 Darstellung wie in12 , wobei zusätzlich der tatsächlich gemessene Antriebsstrom Iist dargestellt ist, -
13 Ablaufdiagramm zur Ermittlung des oberen Stromgrenzwertes Imax und des unteren Stromgrenzwertes Imin eines Stromgrenzwertbandes in der Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung 15 aus 2 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel, bei dem die zeitliche Ableitung asteuer der Stellgröße Vsteuer verwendet wird, -
14 Ablaufdiagramm zur Ermittlung des oberen Stromgrenzwertes Imax und des unteren Stromgrenzwertes Imin eines Stromgrenzwertbandes in der Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung 15 aus 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem die Soll-Beschleunigung asoll verwendet wird, -
15 Ablaufdiagramm zur Ermittlung des oberen Stromgrenzwertes Imax und des unteren Stromgrenzwertes Imin eines Stromgrenzwertbandes in der Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung 15 aus 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem ein Mittelwert aakt-mittel verwendet wird.
-
1 a coordinate measuring machine in portal design, -
2 purely schematic representation of the drive of the cross slide movable in the x-direction7th the end1 with a collision monitoring according to the invention, -
3 Flow chart for determining the manipulated variable V control by the position controller14th according to2 , -
4th Flow chart for determining the manipulated variable V control by the position controller14th according to2 with one opposite3 modified procedures, -
5 Flow chart for determining the upper current limit value Imax and the lower current limit value I min of a current limit value band in the current limit value determination device15th theend 2 , -
6th Representation of the actually flowing drive current I ist and the expected drive current I erw and the determined upper current limit value Imax and the lower current limit value I min of a current limit value band for an exemplary course of the target speed v soll. For thedrive 2 , -
7th Representation of the actually flowing drive current I ist and the expected drive current I erw and the determined upper current limit value Imax and the lower current limit value I min of a current limit value band for an exemplary course of the setpoint speed V soll in the event of a collision of the in2 shown cross slide7th with an object -
8th Representation as in7th , whereby the upper current limit value I max -prior-art is also drawn in, which would be determined by conventional collision monitoring on the basis of the setpoint speed and the setpoint acceleration, and the corresponding course of the measured drive current I is -prior-art , -
9 a measuring chain in the processing of a measured value of the drive current I is -
10 Representation of the actually flowing drive current I ist and the expected drive current I erw for an exemplary course of the setpoint speed V soll of the in2 shown cross slide7th , -
11 Description of the expected driving current I ext - prior - art for the same course of the target velocity V according to10 , whereby the expected drive current I exp - prior - art was determined with a conventional method from the target speed and the target acceleration, -
12th Representation as in12th , whereby the actually measured drive current I ist is also shown, -
13th Flow chart for determining the upper current limit value I max and the lower current limit value I min of a current limit value band in the current limit value determination device15th theend 2 according to another embodiment, in which the time derivative a tax of the manipulated variable V tax is used, -
14th Flow chart for determining the upper current limit value Imax and the lower current limit value I min of a current limit value band in the current limit value determination device15th theend 2 according to a further embodiment in which the target acceleration a soll is used, -
15th Flow chart for determining the upper current limit value Imax and the lower current limit value Imin of a current limit value band in the current limit value determination device15th theend 2 according to a further exemplary embodiment, in which an average value a akt -mittel is used.
Das in
Die Mechanik
Außerdem umfasst die Mechanik
Das Koordinatenmessgerät umfasst außerdem noch eine Steuerung
Die Ansteuerung des Elektromotors M erfolgt hierbei wie folgt. Vom Messrechner
Diese vom Lageregler
Durch Subtraktion des vom Tachogenerator TG zurückgemeldeten Signals VTG von der Stellgröße Vsteuer wird eine zweite Regelabweichung Δv erzeugt. Der Geschwindigkeitsregler
Während des Betriebes des Koordinatenmessgeräts stellt die digitale Leistungsstufe PS somit entsprechend der vom Lageregler
Außerdem ist in erfindungsgemäßer Weise eine Kollisionsüberwachungsschaltung realisiert, die im Falle einer Kollision des zweiten Messschlittens (also des Querschlittens
Sofern der Vergleicher
Das Signal AUS wird aber auch an den Antrieb des ersten Messschlittens (Portal
An dieser Stelle soll der Vollständigkeit halber nochmals angemerkt werden, dass der Splineinterpolator
Die konkrete Funktion des Lagereglers
Aus der Regelabweichung Δx wird dann über einen digitalen Regler aus der Regelabweichung Δx die besagte Stellgröße Vsteuer errechnet. Dieser digitale Regler ist hierbei rein beispielhaft als PID-Regler ausgestaltet. Wie dem Fachmann aus der Regelungstechnik bestens bekannt ist, handelt es sich bei einem PID-Regler um einen Regler, dessen Stellgröße sich aus einem Proportionalanteil, einem Integralanteil und einem Differentialanteil zusammensetzt. Der Proportionalanteil der Stellgröße Vsteuer ist ein Anteil, der proportional zur Regelabweichung ist. Der Integralanteil der Stellgröße Vsteuer ist ein Anteil, der proportional zum zeitlichen Integral über die Regelabweichung ist. Der Differentialanteil der Stellgröße Vsteuer ist ein Anteil, der proportional zum zeitlichen Differential (also zur zeitlichen Ableitung)der Regelabweichung Δx ist. Anstelle eines PID-Reglers können aber auch andere Regler vorgesehen sein, wie beispielsweise nur P-Regler, die nur einen Proportionalanteil aufweisen.From the control deviation .DELTA.x, the said manipulated variable V tax is then calculated from the control deviation .DELTA.x via a digital controller. This digital controller is designed purely by way of example as a PID controller. As is well known to those skilled in the art of control technology, a PID controller is a controller whose manipulated variable is composed of a proportional component, an integral component and a differential component. The proportional component of the manipulated variable V tax is a component that is proportional to the control deviation. The integral component of the manipulated variable V tax is a component that is proportional to the time integral over the control deviation. The differential component of the manipulated variable V is controlled a proportion that is proportional to the time differential (that is, to the time derivative) of the control deviation Ax. Instead of a PID controller, however, other controllers can also be provided, such as only P controllers that only have a proportional component.
Die so ermittelte Stellgröße Vsteuer wird dann vom Lageregler
Wie oben im Zusammenhang mit
Im Schritt
Damit wurde zur Ermittlung der Ist-Beschleunigung aist also die gemessene Ist-Position Xist zweifach zeitlich abgeleitet.In order to determine the actual acceleration a ist , the measured actual position X is derived twice over time.
In einem Schritt
Hierin bedeutet:
- R± = ein von der Geschwindigkeitsrichtung der Stellgröße Vsteuer abhängiger Grundanteil R±, wobei dieser richtungsabhängige Grundanteil R± einen ersten konstanten Wert R+ annimmt, wenn die gemessene Stellgröße Vsteuer positiv ist und einen zweiten konstanten Wert R- annimmt, wenn die gemessene Stellgröße Vsteuer negativ ist.
- Vsteuer =
vom Lageregler 14 nach 2 bereitgestellte Stellgröße - Kv = Proportionalitätsfaktor für den variablen Geschwindigkeitsanteil, wobei dieser Faktor den Anstieg des Antriebsstroms in Abhängigkeit von der Stellgröße Vsteuer beschreibt
- aist = gemessene Ist-Beschleunigung
- Ka = Proportionalitätsfaktor für den variablen Beschleunigungsanteil, wobei dieser Faktor den Anstieg des Antriebsstroms in Abhängigkeit von der Ist-Beschleunigung beschreibt
- R ± = a basic component R ± dependent on the speed direction of the manipulated variable V tax , this direction-dependent base component R ± assuming a first constant value R + if the measured manipulated variable V tax is positive and a second constant value R - if the measured one Manipulated variable V tax is negative.
- V controlled by the position controller =
14th after2 provided manipulated variable - K v = proportionality factor for the variable rate part, wherein this factor describes the increase of the drive current in dependence on the manipulated variable V tax
- a ist = measured actual acceleration
- K a = proportionality factor for the variable acceleration component, this factor describing the increase in the drive current as a function of the actual acceleration
Die Kostanten R+ , R-, Kv und Ka können hierbei relativ einfach bestimmt werden. Die Konstante R+ wird bestimmt, indem der Querschlitten
Der Proportionalitätsfaktor Kv wird bestimmt, nachdem R+ und R- ermittelt wurden. Dazu wird der Querschlitten
Durch Umstellen der Gleichung ergibt sich dann:
Da der Proportionalitätsfaktor Kv hier bestimmt wird, muss anstelle des zu erwartenden Antriebsstroms Ierw in dieser Gleichung natürlich der gemessene Antriebsstrom Iist eingesetzt werden, also
Der Proportionalitätsfaktor Ka wird dann bestimmt, nachdem R+ und R- und Kv ermittelt wurden. Dazu wird der Querschlitten
Durch Umstellen der Gleichung ergibt sich dann:
Da der Proportionalitätsfaktor Ka hier bestimmt wird, muss anstelle des zu erwartenden Antriebsstroms Ierw in dieser Gleichung natürlich wieder der gemessene Antriebsstrom Iist eingesetzt werden, also
Nachdem nunmehr die Kostanten R+ , R-, Kv und Ka bestimmt wurden, kann abhängig von der jeweiligen durch den Lageregler
Auf Basis des so berechneten erwarteten Antriebsstroms Ierw wiederum wird dann in Schritt
Zur Ermittlung des unteren Stromgrenzwertes Imin wird zu dem erwarteten Antriebsstroms Ierw im einfachsten Fall ein konstanter Stromwert e abgezogen:
Die Stromwerte d und e sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel konstant und vom Betrag her gleich groß.In the present exemplary embodiment, the current values d and e are constant and have the same magnitude.
Zum Zeitpunkt t0 also am linken Rand des Diagramms beginnen die Soll-Geschwindigkeitswerte vsoll (siehe Strichpunktierte Linie) linear von einem ersten Geschwindigkeitswert aus anzusteigen. Der lineare Anstieg dauert an bis der Zeitpunkt t1 erreicht ist. Entsprechend dem linearen Anstieg der Soll-Geschwindigkeit vsoll ist die Soll-Beschleunigung asoll in x-Richtung damit konstant. Um diese Soll-Beschleunigung auch tatsächlich zu erzielen muss der zugehörige Elektromotor M mit einem etwas höheren Strom versorgt werden. Dementsprechend verläuft der tatsächliche Antriebsstrom im Motor M (dies entspricht dem gemessenen Strom list (siehe die strichlinierte Linie mit dem Bezugszeichen list) auf einem höheren Niveau. Mit dem Bezugszeichen Ierw (siehe durchgezogene Linie mit dem Bezugszeichen Ierw) hingegen ist der erwartete Antriebsstrom bezeichnet, der von der Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung
Der obere Stromgrenzwert Imax im Zeitintervall [t0; t1] ist hierbei einigermaßen konstant auf einem etwas höheren Wert. Der untere Stromgrenzwert Imin hingegen liegt sogar im negativen Bereich. Wenn dieser obere Stromgrenzwert Imax des Stromgrenzwertbandes vom tatsächlich gemessenen Antriebsstrom Iist überschritten wird oder wenn dieser Stromgrenzwert Imax erreicht wird, werden entsprechende Maßnahmen ergriffen. Diese Maßnahmen werden auch eingeleitet, wenn der untere Stromgrenzwert Imin des Stromgrenzwertbandes vom tatsächlichen Strom Iist überschritten wird oder wenn dieser Stromgrenzwert Imin erreicht wird.The upper current limit value Imax in the time interval [t 0 ; t 1 ] is more or less constant at a slightly higher value. The lower current limit value Imin, on the other hand, is even in the negative range. If this upper current limit value Imax of the current limit value band is exceeded by the actually measured drive current I actual or if this current limit value Imax is reached, appropriate measures are taken. These measures are also initiated when the lower current limit value Imin of the current limit value band is exceeded by the actual current I act or when this current limit value Imin is reached.
Am Ende der ersten Beschleunigungsphase, zum Zeitpunkt t1, hat die tatsächliche Ist-Geschwindigkeit vist einen Wert erreicht, der etwa der Soll-Geschwindigkeit Vsoll entspricht. Im weiteren Verlauf der Bewegung (bzw. der Bewegungskomponente in x-Richtung) bleibt die Soll-Geschwindigkeit Vsoll dann bis zum Ende des Diagramms konstant. Dementsprechend fällt der Antriebsstrom Iist dann auf einen etwas niedrigeren Wert ab und bleibt dann etwa konstant. Obwohl ab dem Zeitpunkt t1 keine Beschleunigung mehr stattfindet, ist dennoch ein relativ hoher Antriebsstrom erforderlich. Dieser muss im Wesentlichen deswegen aufgebracht werden, weil die Bewegung des Elektromotors M und der von dem Motor angetriebenen beweglichen Teile, also insbesondere des zweiten Messschlittens (Querschlitten
An dieser Stelle sei nochmals ausdrücklich erwähnt, dass es sich bei dem geschilderten Vorgehen um ein rein beispielhaftes Ausführungsbeispiel handelt das vielfältig variieren kann, wie dies ausführlich in der Beschreibungseinleitung dargelegt wurde. Beispielsweise kann anstelle des in
Im Folgenden wird im Zusammenhang mit
Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, soll gemäß der Vorgabe der Soll-Geschwindigkeitswerte Vsoll der zweite Messschlitten (Querschlitten
- a) Zum einen wird die Ist-Geschwindigkeit des zweiten Messschlittens (Querschlitten
7 ) stark verringert. Die Stromgrenzwert-Ermittlungseinrichtung 15 ermittelt deshalb aus den Ist-Positionen xist eine negative Ist-Beschleunigung aist (also eine Bremsbeschleunigung). Hierdurch wird folglich ein verringerter Wert für den erwarteten Antriebsstrom Ierw ermittelt, was gleichzeitig zu einer Absenkung des oberen Stromgrenzwertes Imax und des unteren Stromgrenzwertes Imin des Stromgrenzwertbandes führt. - b) Zum Anderen vergrößert sich die Regelabweichung Δx aufgrund der abnehmenden Geschwindigkeit, was zu einem Anstieg der Stellgröße Vsteuer führt.
Der Geschwindigkeitsregler 18 der digitalen Leistungsstufe PS versucht dabei der vom Lageregler14 übermittelten Stellgröße Vsteuer zu folgen und erhöht zusätzlich die zweite Stellgröße Ia für den Antriebstrom im Elektromotor M, so dass der gemessene Antriebstrom list zusätzlich noch ansteigt.
- a) On the one hand, the actual speed of the second measuring slide (cross slide
7th ) greatly reduced. The current limit value determination device15th therefore determined from the actual positions x is a negative actual acceleration a (that is, a deceleration). As a result, a reduced value for the expected drive current I erw is determined, which at the same time leads to a lowering of the upper current limit value Imax and the lower current limit value Imin of the current limit value band. - b) On the other hand, the deviation .DELTA.x increased due to the declining rate, resulting in tax to an increase of the control variable V. The speed controller
18th the digital power level PS is tried by the position controller14th to follow transmitted manipulated variable V control and increases additionally the second manipulated variable I a for the driving current in the electric motor M, so that the measured driving current list additionally increases.
Damit überschreitet der tatsächlich fließende Strom list zum Zeitpunkt ts1 den oberen Stromgrenzwert Imax. Ab diesem Zeitpunkt ts1 geht der Vergleicher
Im Zusammenhang mit
Der Antriebsstromsensor IM in der digitalen Leistungsstufe PS in
Wie oben bereits erwähnt, ist das Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einem Gleichstrommotor M (siehe
In
Demgegenüber wird in
Hinsichtlich des Verlaufes des gemessenen Antriebsstroms Iist in
Abgesehen von den unterschiedlichen Ausführungsvarianten des Lagereglers
In Schritt
Wegen des geringfügigen Unterschiedes gegenüber Gleichung 8 und dem entsprechenden Verfahrensschritt
Wegen des geringfügigen Unterschiedes gegenüber Gleichung 8 und dem entsprechenden Verfahrensschritt
Hierbei wurde eine arithmetische Mittelung verwendet. Natürlich können auch andere Mittelungsverfahren angewendet werden, wie beispielsweise eine gewichtete Mittelung.An arithmetic mean was used for this. Of course, other averaging methods can also be used, such as weighted averaging, for example.
In Schritt
Wegen des geringfügigen Unterschiedes gegenüber Gleichung 8 und dem entsprechenden Verfahrensschritt
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