DE102005023467B4

DE102005023467B4 - Vorrichtung zur Drehung eines Körpers und Verfahren zur Überwachung einer lastbedingten Taumelbewegung eines mit einem Körper belasteten Drehtischs

Info

Publication number: DE102005023467B4
Application number: DE102005023467.4A
Authority: DE
Inventors: Günter Grupp; Ernst Stumpp; Karl Schepperle; Eugen Aubele
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2021-09-09
Anticipated expiration: 2025-05-21
Also published as: DE102005023467A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung einer lastbedingten Taumelbewegung eines mit einem Körper belasteten Drehtischs (3), bei dem unter Drehung des Drehtischs (3) über einen vorgegebenen Winkelbereich aktuelle Taumelbewegungsdaten ermittelt werden, aus denen Werte eines Taumelfehlers des Drehtischs (3) ermittelt werden können, und aus den ermittelten Taumelbewegungsdaten unter Verwendung von Taumelfehlervergleichsdaten, die Werte eines für den unbelasteten Drehtisch (3) ermittelten Taumelfehlers wiedergeben, einen lastbedingten Taumelfehler oder eine durch diesen bestimmbare Größe beschreibende Daten ermittelt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Drehung eines Körpers, die einen drehbar gelagerten Drehtisch aufweist, auf dem der Körper lagerbar ist, und ein Verfahren zur Überwachung einer lastbedingten Taumelbewegung eines mit einem Körper belasteten Drehtischs.
Vorrichtungen der oben genannten Art können dazu verwendet werden, auf diesen abgelegte Körper, insbesondere Werkstücke, in eine vorgegebene Lage zu bewegen, d.h. zu drehen oder zu schwenken. Beispielsweise kann ein Koordinatenmessgerät zur Erfassung einer Form eines Körpers eine solche Vorrichtung aufweisen, um den in seiner Form zu erfassenden Körper in definierte Lagen relativ zu anderen Komponenten des Koordinatenmessgeräts zu bringen. Idealerweise sollte der Drehtisch dazu unabhängig von dem Gewicht und der Lage des Körpers auf dem Drehtisch um eine vorgegebene, in ihrer Lage relativ zu dem Koordinatenmessgerät fixe Drehachse drehbar sein, wobei die Ablagefläche des Drehtischs, auf der der Körper abgelegt werden kann, genau orthogonal zu der vorgegebenen fixen Drehachse ausgerichtet ist.
Tatsächlich können sich jedoch trotz sehr genauer Fertigung des Drehtischs und sehr präziser Lagerung desselben Abweichungen der Ausrichtung der Drehachse und der Ablagefläche des Drehtischs von den genannten idealen Bedingungen ergeben. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann zwar eine Art Kalibrierung bei der Produktion des Drehtischs durchgeführt werden, bei der die tatsächliche Bewegung des Drehtischs bzw. der Ablagefläche des Drehtischs ohne die Belastung durch einen auf dem Drehtisch abgelegten Körper erfasst wird. Die Abweichungen der Drehbewegung des Drehtischs von der idealen Drehbewegung um die vorgegebene Drehachse lassen sich dazu zerlegen in insgesamt sechs Einzelabweichungen, nämlich jeweils drei translatorische und drei rotatorische Abweichungen. Zu den translatorischen Abweichungen gehören unter anderem die Exzenterfehler, die dadurch entstehen, dass die tatsächliche Drehachse gegenüber der idealen Lage der Drehachse versetzt ist. Bei den rotatorischen Abweichungen kommt insbesondere Taumelbewegungen eine besondere Bedeutung zu. Eine Taumelbewegung entsteht dadurch, dass die tatsächliche Drehachse des Drehtischs bzw. der Ablagefläche gegenüber der vorgegebenen Drehachse in ihrer idealen Lage geneigt ist.
Aus der EP 0325924 B1 ist eine Rundlaufmesseinrichtung zur Ermittlung der Rundlauffehler der Lagerung eines Rotors, bei der ein Rundheitsnormal konzentrisch am Rotor befestigt ist und von Abtasteinheiten abgetastet wird, bekannt.
Um gegebenenfalls durch die exzentrische Bewegung und/oder die Taumelbewegung auftretende Fehler bei Messungen berücksichtigen und wenigstens teilweise kompensieren zu können oder sicherstellen zu können, dass der Taumelfehler bei einer Messung innerhalb vorgegebener Grenzen gehalten wird, wäre es wünschenswert, die tatsächliche Bewegung des Drehtischs bzw. dessen Abweichungen von der vorgegebenen idealen Bewegung für jede Beladung des Drehtischs mit einem Körper zu überwachen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung einer Taumelbewegung eines mit einem Körper belasteten Drehtischs bereitzustellen, mittels dessen vor einer Benutzung des Drehtischs einfach Taumelbewegungen des Drehtischs, wie sie insbesondere durch Belastung mit einem darauf abgelegten Körper entstehen können, erfasst werden können, sowie eine Vorrichtung zur Drehung eines Körpers mit einem drehbar gelagerten Drehtisch bereitzustellen, mit der das Verfahren durchführbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung einer lastbedingten Taumelbewegung eines mit einem Körper belasteten Drehtischs, bei dem unter Drehung des Drehtischs über einen vorgegebenen Winkelbereich aktuelle Taumelbewegungsdaten ermittelt werden, aus denen Werte eines Taumelfehlers des Drehtischs ermittelt werden können, und aus den ermittelten aktuellen Taumelbewegungsdaten unter Verwendung von Taumelfehlervergleichsdaten, die Werte eines für den unbelasteten Drehtisch ermittelten Taumelfehlers des Drehtischs wiedergeben, einen lastbedingten Taumelfehler oder eine durch diesen bestimmbare Größe beschreibende Daten ermittelt werden.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Drehung eines Körpers mit einem drehbar gelagerten Drehtisch, einem Antrieb zum Drehen des Drehtischs, einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Taumelbewegungsdaten, aus denen Werte eines Taumelfehlers bei der Drehung des Drehtischs ermittelt werden können, und einer Datenverarbeitungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Antrieb so anzusteuern, dass der Drehtisch über einen vorgegebenen Winkelbereich gedreht wird, bei der Drehung mittels der Erfassungseinrichtung aktuelle Taumelbewegungsdaten ermittelt werden, die Werte eines Taumelfehlers des Drehtischs wiedergeben, und aus den ermittelten aktuellen Taumelbewegungsdaten unter Verwendung von Taumelfehlervergleichsdaten, die Werte eines für den unbelasteten Drehtisch ermittelten Taumelfehlers wiedergeben, einen lastbedingten Taumelfehler oder eine durch diesen bestimmbare Größe beschreibende Daten zu ermitteln.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden zur Ermittlung von Taumelbewegungen, die bei der Benutzung des Drehtischs, also insbesondere bei einer Beladung mit einem zu drehenden Körper, auftreten bzw. auf die Benutzung zurückzuführen sind, entsprechende Bewegungsdaten für die Drehung des unbelasteten Drehtischs und für die Drehung des belasteten Drehtischs verwendet.
Die Taumelfehlervergleichsdaten geben einen Taumelfehler des Drehtischs, gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Drehtischs, wieder. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet die Angabe, dass Daten eine Größe wiedergeben, dass die Daten die Werte der Größe unmittelbar oder den Werten der Größe eindeutig zugeordnete Werte, beispielsweise zu den Werte der Größe in bekannter Weise proportionale Werte, darstellen.
Die Winkelstellung des Drehtischs kann dabei durch einen Winkel für eine Drehung um eine ideale, vorgegebene Drehachse des Drehtischs, von der die momentane Drehachse des Drehtischs bedingt durch Taumel- und Exzentrizitätsfehler abweicht, relativ zu einer Referenzstellung des Drehtischs gegeben sein. Ist der Taumelfehler unabhängig von der Winkelstellung des Drehtischs um dessen Drehachse, genügt es dabei, nur den Fehler ohne die ausdrückliche Angabe von Winkeln bzw. Winkelstellungen zu verwenden. Darüber hinaus können noch Exzentrizitätsdaten, die den Exzentrizitätsfehler des Drehtischs bzw. der Drehtischbewegung wiedergeben, verwendet werden. Diese können, wie die Taumelfehlervergleichsdaten den Exzentrizitätsfehler insbesondere auch in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Drehtischs wiedergeben. Diese Daten können bei einer Kalibrierung des Drehtischs, beispielsweise beim Hersteller oder bei einer Wartung ermittelt und in einem Speicher der Datenverarbeitungseinrichtung abgelegt sein. Statt getrennter Daten für die Taumelbewegung und den Exzentrizitätsfehler können auch Bewegungsdaten des Drehtischs verwendet werden, aus denen die Taumelfehlervergleichsdaten und die Exzentrizitätsdaten ermittelbar sind.
Zur Ermittlung eines lastbedingten Taumelfehlers werden für einen aktuellen vorgegebenen Belastungszustand des Drehtischs, beispielsweise durch Beladung bzw. Belastung mit einem Körper, Taumelbewegungsdaten ermittelt, aus den Werte des Taumelfehlers, gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Drehtischs, ermittelt werden können. Hierzu können insbesondere Daten erfasst werden, die die gesamte Bewegung des Drehtischs oder nur den zur Ermittlung von Taumelanteilen an der Bewegung notwendige Anteil der Bewegung des Drehtischs wiedergeben. Aus diesen Daten kann dann beispielsweise unter der Annahme, dass Exzentrizitätsfehler vernachlässigbar sind oder dass die Exzentrizitätsfehler von der Belastung des Drehtischs unabhängig sind und daher die Exzentrizitätsdaten für die unbelastete Drehbewegung des Drehtischs verwendet werden können, Taumelbewegungsdaten ermittelt werden.
Zur Erfassung entsprechender Daten dient bei der Vorrichtung die Erfassungseinrichtung, die mit der Datenverarbeitungseinrichtung verbunden ist, so dass diese Signale bzw. Daten der Erfassungseinrichtung auswerten kann. Die Erfassungseinrichtung braucht dabei nur Daten bzw. Signale bereitzustellen, aus denen die Taumelbewegung ermittelbar ist.
Zu der Ermittlung der Taumelbewegungsdaten wird der Drehtisch über eine vorgegebenen Winkelbereich gedreht. Bei der Vorrichtung steuert die Datenverarbeitungseinrichtung dazu den mit dieser verbundenen Antrieb so an, dass der Drehtisch über den vorgegebenen Winkelbereich gedreht wird. In entsprechenden verschiedenen Winkelstellungen des Drehtischs können dann mit der mit Erfassungseinrichtung entsprechende Bewegungsdaten erfasst werden. Auch diese Erfassung kann durch Ansteuerung der mit der Erfassungsvorrichtung verbundenen Datenverarbeitungseinrichtung ausgelöst werden. Die entsprechenden erfassten Daten können in der Datenverarbeitungseinrichtung abgespeichert sein.
Ein lastbedingter Taumelfehler, d.h. ein durch einen auf dem Drehtisch abgelegten, diesen belastenden Körper bedingte Änderung des Taumelfehlers des Drehtischs, oder eine aus diesem bestimmbare Größe kann nun in Abhängigkeit von den ermittelten aktuellen Taumelbewegungsdaten und den Taumelfehlervergleichsdaten, ermittelt ohne Belastung des Drehtischs, ermittelt werden. Insbesondere können beispielsweise entsprechende Abweichungen der Taumelbewegungsdaten von den Taumelfehlervergleichsdaten als lastbedingter Taumelfehler bestimmt werden.
Die Vorrichtung verfügt dazu über die Datenverarbeitungseinrichtung, die insbesondere wenigstens einen Prozessor und einen mit dem Prozessor verbundenen Speicher, in dem Instruktionen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Ausführung durch den Prozessor sowie die Taumelfehlervergleichsdaten gespeichert sind, besitzen kann. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann auch alternativ oder zusätzlich einen zur Steuerung der Vorrichtung verwendeten Prozessor und einen diesem zugeordneten Speicher (Firmware) umfassen. Die ermittelten den lastbedingten Taumelfehler oder die aus diesem bestimmbare Größe beschreibende Daten können gespeichert oder über geeignete Schnittstellen ausgegeben werden.
Die Erfindung ermöglicht es, mit nur geringem Aufwand, d.h. einer Drehung des mit dem Körper beladenen Drehtischs über den vorgegebenen Winkelbereich, automatisch den lastbedingten Taumelfehler oder die aus diesem bestimmbare Größe zu ermitteln, der bzw. die dann dazu verwendet werden kann, entsprechende Korrekturen in Bezug auf die tatsächliche Lage des Körpers gegenüber einer bei idealen Bedingungen angenommenen Lage des Körpers bei Drehung des Drehtischs wenigstens teilweise vorzunehmen oder beispielsweise den lastbedingten Taumelfehler oder die aus diesem bestimmbare Größe zu überwachen.
Grundsätzlich genügt es, dass der vorgegebene Winkelbereich so groß ist, dass der lastbedingte Taumelfehler hinreichend genau bestimmt werden kann. Es ist jedoch bevorzugt, dass der Winkelbereich größer oder gleich 360° ist. Dadurch ist es möglich, den lastbedingten Taumelfehler für beliebige Winkelstellungen des Drehtischs zu ermitteln, so dass eine Überwachung der Taumelbewegung für beliebige Drehungen des Drehtischs möglich ist.
Die aktuellen Taumelbewegungsdaten können grundsätzlich auf beliebige Art und Weise erfasst werden. Es ist jedoch bevorzugt, dass zur Ermittlung der aktuellen Taumelbewegungsdaten eine mit dem Drehtisch verbundene oder an diesem ausgebildete Maßverkörperung und wenigstens zwei unabhängig voneinander auslesbare Winkelgeber, die die Winkelstellung der Maßverkörperung erfassen, verwendet werden. Bei der Vorrichtung umfasst die Erfassungseinrichtung vorzugsweise wenigstens eine mit dem Drehtisch verbundene oder an diesem ausgebildete Maßverkörperung und wenigstens zwei unabhängig voneinander auslesbare Winkelgeber, die die Winkelstellung der Maßverkörperung erfassen. Diese Ausbildung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung hat den Vorteil, dass nur ein geringer apparativer Aufwand notwendig ist, um den lastbedingten Taumelfehler zu ermitteln. Die Winkelgeber ermitteln dabei die Winkelstellung der Maßverkörperung in Bezug auf deren Drehung in Verbindung mit der Drehung des Drehtischs.
Als aus dem lastbedingten Taumelfehler bestimmbare Größe kann grundsätzlich jede Größe verwendet werden, die unter Verwendung des Taumelfehlers ermittelbar ist. Deren Ermittlung braucht jedoch nicht aus den ermittelten, den lastbedingten Taumelfehler wiedergebenden Daten zu erfolgen, vielmehr kann beispielsweise die explizite Ermittlung des lastbedingten Taumelfehlers als überflüssiger Zwischenschritt auch ausgelassen oder ein ganz anderer Ermittlungsweg beschritten werden.
Durch eine zu hohe exzentrische Belastung des Drehtischs kann dessen Lagerung beschädigt oder dessen Justierung verstellt werden. Es ist daher bevorzugt, dass die durch den lastbedingten Taumelfehler bestimmbare Größe ein Kippmoment auf den Drehtisch ist und insbesondere aus den den lastbedingten Taumelfehler beschreibenden Daten unter Verwendung von Kippsteifigkeitsdaten, die die Kippsteifigkeit einer Lagerung des Drehtischs wiedergeben, Kippmomentdaten ermittelt werden, die den Wert eines Kippmoments auf den Drehtisch wiedergeben. Bei der Vorrichtung ist es dazu bevorzugt, dass die durch den Taumelfehler bestimmbare Größe ein Kippmoment auf den Drehtisch ist und insbesondere in der Datenverarbeitungseinrichtung Kippsteifigkeitsdaten, die die Kippsteifigkeit einer Lagerung des Drehtischs wiedergeben, gespeichert sind und die Datenverarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet ist, aus dem lastbedingten Taumelfehler unter Verwendung der Kippsteifigkeitsdaten Kippmomentdaten zu ermitteln, die den Wert eines Kippmoments auf den Drehtisch wiedergeben. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise eine Änderung der Taumelbewegung gegenüber der Situation bei der Kalibrierung bei unbelastetem Drehtisch unmittelbar mit dem Gewicht und der Lage eines auf dem Drehtisch abgelegten Körpers gebracht werden kann, der das Kippmoment verursacht.
Es ist weiter bevorzugt, dass, insbesondere automatisch, ein Warnsignal erzeugt wird, wenn der Wert des ermittelten lastbedingten Taumelfehlers oder der Wert des Kippmoments einen Grenzwert für den maximalen zulässigen lastbedingten Taumelfehler bzw. einen Grenzwert für das maximal zulässige Kippmoment überschreitet. Bei der Vorrichtung ist dazu vorzugsweise eine Warneinrichtung vorgesehen, die ein Warnsignal erzeugt, wenn der ermittelte lastbedingte Taumelfehler oder das ermittelte Kippmoment einen Grenzwert für den maximalen zulässigen lastbedingten Taumelfehler bzw. für das maximal zulässige Kippmoment überschreitet. Der entsprechende Grenzwert kann vorzugsweise so gewählt sein, dass eine Beschädigung der Vorrichtung, eine Dejustierung oder eine Unterschreitung einer vorgegebenen Positionierungsgenauigkeit vermieden wird. Der entsprechende Grenzwert kann dabei insbesondere in einer Speichereinrichtung der Datenverarbeitungseinrichtung abgelegt sein. Diese Weiterbildung erlaubt es, eine Bedienperson auf ungünstige Betriebsbedingungen der Vorrichtung bzw. des Drehtischs automatisch hinzuweisen.
Grundsätzlich kann als Warnsignal ein beliebiges, von einer Bedienperson wahrnehmbares Signal abgegeben werden. Beispielsweise kann, wenn die Bedienperson während der Messung in physischem Kontakt mit einer Komponente der Vorrichtung steht, ein taktil wahrnehmbares Signal abgegeben werden. Häufig ist dies jedoch nicht der Fall, so dass eine oder beide der im Folgenden genannten Alternativen für Warnsignale verwendet werden können.
Nach einer ersten Alternative wird als Warnsignal ein akustisches Signal abgegeben. Die Warneinrichtung der Vorrichtung weist dazu vorzugsweise als Warnsignalausgabeeinrichtung einen Lautsprecher zur Ausgabe des Warnsignals auf. Diese Alternative hat den Vorzug, dass eine Bedienperson das Warnsignal einfach wahrnehmen kann, wenn sie sich nahe genug bei der Vorrichtung befindet, ohne dass sie die Vorrichtung zu beobachten braucht.
Gemäß einer zweiten Alternative ist es bevorzugt, dass als Warnsignal ein visuell wahrnehmbares Warnsignal abgegeben wird. Die Warneinrichtung umfasst hierzu vorzugsweise als Warnsignalausgabeeinrichtung eine Anzeigeeinrichtung, mittels derer als Warnsignal ein visuell wahrnehmbares Warnsignal abgebbar ist. Wie auch bei der Alternative zuvor kann die Warnsignalausgabeeinrichtung von der Datenverarbeitungseinrichtung angesteuert werden. Als Anzeigeeinrichtung kann eine einfache Warnleuchte oder beispielsweise ein Blinklicht dienen. Vorzugsweise wird als Anzeigeeinrichtung jedoch eine Anzeigeeinrichtung verwendet, die gleichzeitig zur Bedienung der Vorrichtung oder eines die Vorrichtung aufweisenden Geräts dient, beispielsweise ein Monitor.
Der ermittelte lastbedingte Taumelfehler oder das ermittelte Kippmoment können alternativ oder zusätzlich noch auf andere Arten verwendet werden. Beispielsweise kann der ermittelte Wert des Kippmoments ausgegeben werden. Bei der Vorrichtung kann dazu eine Ausgabeeinrichtung vorgesehen sein, über die auf Ansteuerung durch die Datenverarbeitungseinrichtung der Wert des Kippmoments ausgebbar ist. Dies hat den Vorteil, dass eine Bedienperson den Beladungszustand des Drehtischs einfach kontrollieren kann, auch wenn der Grenzwert nicht überschritten wird. Die Ausgabe kann dabei akustisch, insbesondere als Sprachausgabe, oder visuell, insbesondere über eine graphische Benutzerschnittstelle, erfolgen, wozu die Ausgabeeinrichtung dann entsprechend ausgebildet ist. Insbesondere bei visueller Ausgabe kann der Wert analog, d.h. graphisch, oder als Zahl angezeigt werden.
Besonders bevorzugt wird der ermittelte Wert des Kippmoments im Vergleich zu dem Grenzwert für das maximal zulässige Kippmoment in graphischer Form angezeigt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind dazu die Ausgabe- und die Datenverarbeitungseinrichtung vorzugsweise so ausgebildet, dass der ermittelte Wert des Kippmoments im Vergleich zu dem Grenzwert des maximal zulässige Kippmoment in graphischer Form angezeigt wird. Insbesondere kann hierzu die Warneinrichtung zu einem Teil durch die Datenverarbeitungseinrichtung zusammen mit entsprechenden Instruktionen für eine graphische Benutzerschnittstelle gegeben sein, wobei als Anzeigeeinrichtung ein von der Datenverarbeitungseinrichtung angesteuerter Monitor verwendet wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass eine Bedienperson einfach erkennen kann, ob der Grenzwert schon näherungsweise erreicht oder überschritten ist, oder nicht. Damit wird eine Neupositionierung des Körpers ermöglicht, wenn dieser zu weit von der tatsächlichen Drehachse des Drehtischs entfernt angeordnet ist und dadurch ein großes, eine Taumelbewegung erzeugendes Kippmoment bewirkt. Beispielswiese kann das ermittelte Kippmoment in Form eines entsprechend dem Wert des Kippmoments in seiner Länge veränderlichen Balkens angezeigt werden, der bei Überschreitung des Maximalwerts eine entsprechende angezeigte Marke überschreitet.
Wenn der Wert des ermittelten lastbedingten Taumelfehlers oder der Wert des Kippmoments den Grenzwert für den maximal zulässigen Taumelfehler bzw. für das maximal zulässige Kippmoment überschreitet, kann weiterhin auch der Antrieb automatisch abgeschaltet werden. Auf diese Weise kann eine Beschädigung der Lagerung bei unaufmerksamer Bedienung der Vorrichtung bzw. eines diese umfassenden Geräts sicher vermieden werden.
Alternativ oder zusätzlich zu der Ausgabe von Warnsignalen und/oder der Abschaltung des Antriebs ist es bevorzugt, dass, vorzugsweise in einer Ereignisdatei, Daten gespeichert werden, die den aktuellen Taumelfehler und/oder den ermittelten Wert des lastbedingten Taumelfehlers und/oder des ermittelten Kippmoments wiedergeben. Die Vorrichtung kann hierzu vorzugsweise eine Speichereinrichtung aufweisen, in der in einer Ereignisdatei Daten gespeichert werden, die den ermittelten Taumelfehler und/oder das ermittelte Kippmoment wiedergeben. Darüber hinaus können noch weitere Daten, beispielsweise das Datum und gegebenenfalls die Uhrzeit der Ermittlung der gespeicherten Daten und/oder eine die Bedienperson kennzeichnende Kennung gespeichert werden. Die Speicherung erfolgt dabei vorzugsweise unabhängig von Eingriffsmöglichkeiten einer Bedienperson. Die Daten bzw. die Ereignisdatei kann dann später ausgelesen werden, um Aussagen darüber treffen zu können, ob im Verlauf der Benutzung der Vorrichtung der Drehtisch einmal überlastet worden ist. Dies kann bei Auftreten von Lagerschäden hilfreich sein.
Der ermittelte lastbedingte Taumelfehler kann vorzugsweise dazu verwendet werden, den Antrieb des Drehtischs so anzusteuern, eine vorgegebene Soll-Stellung des Körpers auf dem Drehtisch trotz des Taumelfehlers erreicht wird. Dazu kann der Taumelfehler bzw. diesen wiedergefundene Daten gespeichert und von einer entsprechenden Anwendungssoftware verwendet werden. Soll der Körper auf dem Drehtisch vermessen werden, kann der lastbedingte Taumelfehler auch dazu verwendet werden, Messdaten, die vorzugsweise die Form oder Position wenigstens eines Bereichs des Körpers wiedergeben, unter Verwendung des lastbedingten Taumelfehlers zu korrigieren, bei deren Ermittlung ein Taumelfehler nicht oder nur der Taumelfehler ohne Last berücksichtigt wurde. Hierzu kann ein Anwendungsprogramm Instruktionen umfassen, die bei Ausführung des Programms ein Einlesen der den lastbedingten Taumelfehler wiedergebenden Daten und eine entsprechende Korrektur bewirken.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass eine Beschleunigung des Drehtischs in eine Richtung im Wesentlichen parallel zu dessen momentaner Drehachse oder einer vorgegebenen Richtung für die Drehachse ermittelt und in einer Ereignisdatei Daten gespeichert werden, die den Wert der ermittelten Beschleunigung wiedergeben. Die Vorrichtung weist hierzu vorzugsweise einen Beschleunigungssensor zur Ermittlung einer Beschleunigung des Drehtischs in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu dessen momentaner Drehachse oder einer vorgegebenen Richtung für die Drehachse auf. Auf diese Weise kann auch ein zu hartes, die Lagerung des Drehtischs beschädigendes Aufsetzen eines Körpers auf den Drehtisch einfach ermittelt werden, so dass auch ein zu hartes Aufsetzen des Körpers auf den Drehtisch als Grund für eine Beschädigung der Lagerung des Drehtischs oder einer der Justierung einfach erkannt werden kann. Insbesondere kann hierzu auch ein Vergleich der maximalen ermittelten Beschleunigung mit einem Grenzwert für die maximal zulässige Beschleunigung verglichen werden und das Vergleichsergebnis abgespeichert werden. Gegebenenfalls kann auch hier ein Warnsignal ausgegeben werden, wozu die zuvor genannten Alternativen verwendet werden können. Die von diesem ermittelten Beschleunigungsdaten bzw. -Signale können über die Datenverarbeitungseinrichtung abgespeichert werden, vorzugsweise in der gleichen Ereignisdatei wie die den lastbedingten Taumelfehler beschreibenden Daten.
Vorzugsweise wird die Vorrichtung in einem Koordinatenmessgerät verwendet. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Koordinatenmessgerät mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Erfindung wird im Folgenden noch näher anhand der einzigen Zeichnung erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Eine in der Figur schematisch gezeigte Vorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum Drehen eines Körpers 1 umfasst einen drehbar in einer Lagerung 2 gelagerten Drehtisch 3, einen Antrieb 4 zum Drehen des Drehtischs 3, eine Erfassungseinrichtung 5 zur Erfassung von Taumelbewegungsdaten, aus denen Werte eines Taumelfehlers bei der Drehung des Drehtischs 3 in Abhängigkeit von einer Winkelstellung φ des Drehtischs 3 ermittelt werden können, und eine Datenverarbeitungseinrichtung 6, die mit einer Anzeige- bzw. Ausgabeeinrichtung 7 in Form eines Monitors verbunden ist. Darüber hinaus ist ein mit der Datenverarbeitungseinrichtung 6 verbundener Beschleunigungssensor 8 vorgesehen, mittels dessen Beschleunigungen auf den Drehtisch 3 erfasst werden können.
Der Drehtisch 3 verfügt über eine Ablagefläche 9 für den Körper 1 und kann mittels des Antriebs 4, einem Motor, insbesondere einem Elektromotor, gedreht werden.
Idealerweise dreht sich der Drehtisch 3 um eine durch eine gestrichelte Linie gezeigt vorgegebene Drehachse D, wobei die Ablagefläche 9 orthogonal zu der vorgegebenen Drehachse D verläuft. Die durch eine durchgezogene Linie veranschaulichte tatsächliche momentane Drehachse D', um die sich die Ablagefläche 9 bzw. der Drehtisch 3 dreht, ist jedoch gegenüber der vorgegebenen Drehachse versetzt, was zu einer exzentrischen Bewegung führt, und gegenüber dieser gekippt, was zu einer Taumelbewegung führt.
Die Einrichtung 5 zur Erfassung von Taumelbewegungsdaten umfasst zwei unabhängig voneinander auslesbare, mit der Datenverarbeitungseinrichtung 6 verbundene Winkelgeber 11 und 11', mittels derer zusammen mit einer mit dem Drehtisch 3 lösbar, aber fest verbundenen Teilscheibe mit radialen Teilstrichen als nur schematisch gezeigten Maßverkörperung 10 Taumelbewegungsdaten erfassbar sind.
Der Beschleunigungssensor 8 erfasst Beschleunigungen in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der Drehachse D, d.h. insbesondere Beschleunigungen des Drehtischs 3, die bei Beladung mit dem Körper 1 entstehen können.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 6 verfügt über einen Prozessor, Schnittstellen zu dem Antrieb 4, den Winkelgebern 11 und 11', dem Beschleunigungssensor 8 sowie der Anzeigeeinrichtung 7 und einen Speicher, in dem Instruktionen zur Durchführung eines Verfahrens zur Überwachung einer lastbedingten Taumelbewegung des Drehtischs 3 sowie Taumelfehlervergleichsdaten, Exzentrizitätsdaten, ein Kippsteifigkeitswert der Lagerung 2, ein Grenzwert für das maximal zulässige Kippmoment auf den Drehtisch 3 und ein Grenzwert für die maximal zulässige Beschleunigung des Drehtischs parallel zu der Drehachse D gespeichert sind.
Insbesondere ist die Datenverarbeitungseinrichtung dazu ausgebildet ist, den Antrieb 4 so anzusteuern, dass der Drehtisch 3 über einen vorgegebenen Winkelbereich, im Beispiel eine volle Umdrehung des Drehtischs 3, also 360°, gedreht wird, und bei der Drehung mittels der Erfassungseinrichtung 5 aktuelle Taumelbewegungsdaten zu ermitteln, die Werte eines Taumelfehlers des Drehtischs 3 wiedergeben und aus den ermittelten aktuellen Taumelbewegungsdaten unter Verwendung von Taumelfehlervergleichsdaten, die Werte eines zu den unbelasteten Drehtisch 3 ermittelten Taumelfehlers des Drehtischs 3 wiedergeben, einen lastbedingten Taumelfehler beschreibende Taumelfehlerdaten zu ermitteln.
Die Taumelfehlervergleichsdaten und die Exzentrizitätsdaten können bei unbelastetem Drehtisch 3 folgendermaßen ermittelt werden. Mit Hilfe eines Interferometers mit Planspiegel wird eine Erfassung von Lagedaten der Ablagefläche 9 des Drehtischs 3 in Abhängigkeit von der Winkelstellung φ des Drehtischs 3 durchgeführt, aus denen der Taumelfehler ohne Last und die Exzentrizitätsdaten berechnet werden können. Dazu wird ein Planspiegel auf der Ablagefläche des Drehtischs befestigt und mit dem Drehtisch gedreht, wobei in Abhängigkeit von der Winkelstellung interferometrisch mittels eines Laserstrahls die Lage, d.h. der Abstand von einem vorgegebenen Punkt, in einer Richtung parallel zur Achse D ermittelt wird. Die Winkelstellungen und die diesen zugeordneten Taumelfehler werden als Taumelfehlervergleichsdaten in dem Speicher der Datenverarbeitungseinrichtung 6 z.B. in einer Datei abgelegt.
Weiterhin werden die Winkelgeber 11 und 11' bei Drehung des Drehtischs 3 um wenigstens eine Umdrehung bei den soeben genannten Winkelstellungen getrennt ausgelesen und die erfassten Daten den Winkelstellungen φ des Drehtischs 3 zugeordnet in dem Speicher der Datenverarbeitungseinrichtung 6, beispielsweise in der gleichen Datei wie die Taumelfehlervergleichsdaten, gespeichert.
Aus den getrennt erfassten Daten der Winkelgeber 11 und 11' kann der Exzenterfehler bzw. eine Fehljustage der Maßverkörperung 10 jeder Winkelstellung bzw. den entsprechenden Daten der Winkelgeber zugeordnet ebenfalls abgespeichert werden.
Schließlich wird die Kippsteifigkeit der Lagerung 2 ermittelt und ebenfalls in der Datenverarbeitungseinrichtung 6 gespeichert. Weiterhin ist ein Grenzwert für ein maximal zulässiges Drehmoment in dem Speicher der Datenverarbeitungseinrichtung 6 gespeichert, der in Abhängigkeit von dem Aufbau der Lagerung 2 gewählt sein kann.
Wird der Körper 1, beispielsweise ein Werkstück, auf den Drehtisch 1 gelegt, wird der Schwerpunkt des Körpers nicht exakt über der Drehachse D liegen, so dass ein durch eine Pfeil angedeutetes Kippmoment M auf den Drehtisch 3 wirkt, das zu einer Verkippung der momentanen Drehachse D' des Drehtischs 3 führt. Dieses Kippmoment M kann die maximale Kippsteifigkeit bzw. -festigkeit der Lagerung bzw. Mechanik übersteigen, was zu Beschädigungen an der Mechanik führen kann.
Es werden daher auf einen entsprechenden Befehl über die Bediensoftware folgende Schritte eines Verfahrens nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Überwachung einer Taumelbewegung des Drehtischs 3 ausgeführt.
Mittels des Beschleunigungssensors 8 werden laufend aktuelle Beschleunigungsdaten erfasst, und es wird geprüft, ob die erfassten Beschleunigungswerte den in der Datenverarbeitungseinrichtung 6 gespeicherten Grenzwert für die maximal zulässige Beschleunigung übersteigen. Bei jeder Beladung wird die ermittelte maximale Beschleunigung des Drehtischs 3 und, falls aufgetreten, ein Überschreiten des Grenzwerts in eine Ereignisdatei geschrieben, in die auch der Name der Bedienperson sowie Datum und Uhrzeit der Beladung gespeichert werden.
Dann wird der Drehtisch 3 über einen vorgegebenen Winkelbereich, hier eine volle Umdrehung oder 360° gedreht, wobei die Winkelgeber 11 und 11' bei vorgegebenen Winkelstellungen ausgelesen und zusammen mit den Winkelstellungen als aktuelle Taumelbewegungsdaten gespeichert werden.
Aus den Taumelbewegungsdaten und den Taumelfehlervergleichsdaten werden unter Verwendung der Exzentrizitätsdaten Daten ermittelt, die einen lastbedingten Taumelfehler, entsprechend einer Lage einer Dreh- bzw. Taumelachse D', wiedergeben. Im Beispiel wird zur Ermittlung des Taumelfehlers die im Folgenden mit d_o bzw. di bezeichnete Differenz der Winkelzählerdaten bei gegebenem Drehwinkel φ bei unbelastetem bzw. belastetem Drehtisch 3 verwendet. Bei idealer Drehung hat diese Variable einen konstanten Wert. Werden Exzentrizitätsfehler aus der Differenz d_o bzw. d_l herausgerechnet, ergibt sich, bedingt durch die Taumelbewegung des Drehtischs ohne Last, eine Abhängigkeit der Differenz d_o vom Drehwinkel φ des Drehtischs 3 gemäß der folgenden Gleichung, in der A_o und B_o geeignete Konstanten sind: $d_{o} (φ) = A_{o} cos φ + B_{o} sin φ,$
d.h. eine harmonische Bewegung in eine Richtung parallel zur Achse D. Bei einer Belastung des Drehtischs mit einem Körper ergibt sich wiederum eine harmonische Abhängigkeit der Differenz d_l vom Drehwinkel φ, jedoch mit Koeffizienten A_l und B_l, die im allgemeinen gegenüber den Koeffizienten Ao und Bo verändert sind: $d_{l} (φ) = A_{l} cos φ + B_{l} sin φ .$
Der lastbedingte Taumelfehler kann nun dargestellt werden durch die Differenz d_l - do, d.h. entweder durch die Koeffizienten $\begin{array}{l} A_{Δ} = A_{l} - A_{o}, \\ B_{Δ} = B_{l} - B_{o} . \end{array}$
oder durch einen Taumelwinkel φ_T und eine Taumelamplitude C_T gemäß $tan φ_{T} = \frac{B_{Δ}}{A_{Δ}}$
$C_{T} = \sqrt{A_{Δ}^{2} + B_{Δ}^{2}}$
Aus diesen Daten kann auch bei Bedarf die Neigung der tatsächlichen Dreh- bzw. Taumelachse D' ermittelt werden, wenn die Lagen der Winkelzähler 11 und 11' zu der Maßverkörperung bekannt sind.
Aus den den lastbedingten Taumelfehler beschreibenden Daten bzw. der neuen tatsächlichen aktuellen Lage der Drehachse D' kann mittels der gespeicherten Kippsteifigkeit nun das aktuelle Kippmoment ermittelt werden.
Der ermittelte lastbedingte Taumelfehler, das ermittelte Kippmoment und der Grenzwert für das maximal zulässige Kippmoment werden auf der Anzeigeeinrichtung 7 über eine graphische Benutzerschnittstelle graphisch dargestellt. Während der lastbedingte Taumelfehler numerisch dargestellt werden kann, kann zur Darstellung des Kippmoments ein Balken mit einer dem Verhältnis aus aktuell ermitteltem Kippmoment und Grenzwert für das maximal zulässige Kippmoment entsprechenden Länge angezeigt werden, wobei der Balken beispielsweise grün gefärbt ist, solange das Verhältnis kleiner als 1 ist, und als Warnmeldung rot, wenn es größer als 1 ist und der Grenzwert daher überschritten wird.
Die ermittelte Lage der Taumelachse bzw. der lastbedingte Taumelfehler und das ermittelte Kippmoment werden ebenfalls in der bereits erwähnten Ereignisdatei gespeichert.
Weiterhin erfasst ein Anwendungsprogramm, das mittels der Vorrichtung den Körper in eine vorgegebene Lage bewegen soll, die den lastbedingten Taumelfehler wiedergebenden Daten und steuert unter Berücksichtigung des lastbedingten Taumelfehlers den Antrieb so an, dass eine vorgegebene Soll-Lage des Körpers möglichst gut erreicht wird.
Alternativ kann ein Anwendungsprogramm, das zur Vermessung des Körpers dient, bei der Auswertung von gemessenen Daten, die die Position und/oder Form wenigstens eines Teils des Körpers wiedergeben, die den lastbedingten Taumelfehler wiedergebenden Daten einlesen und bei der Auswertung unter Verwendung der eingelesenen Daten Korrekturen für den lastbedingten Taumelfehler vornehmen.
Bei einer anderen Ausführungsform erfasst intelligente Firmware, also ein anderer Prozessor der Datenverarbeitungseinrichtung 6, der nur zur Steuerung der Vorrichtung, nicht aber zur Bedienung dient, im Hintergrund die erwähnten Daten und führt die Ermittlung des lastbedingten Taumelfehlers und des Kippmoments im Hintergrund, d.h. für eine Bedienperson nicht erkennbar, durch. Bei Überschreitung des Grenzwerts für das maximal zulässige Kippmoment erfolgt eine Meldung über die Bediensoftware, die auf der Anzeigeeinrichtung 7 angezeigt wird, sowie eine Registrierung in der Ereignisdatei, die dann ebenfalls für eine normale Bedienperson nicht erkennbar in einem der Steuerung zugeordneten Teil des Speichers der Datenverarbeitungseinrichtung 6 gespeichert ist.

Claims

Verfahren zur Überwachung einer lastbedingten Taumelbewegung eines mit einem Körper belasteten Drehtischs (3), bei dem unter Drehung des Drehtischs (3) über einen vorgegebenen Winkelbereich aktuelle Taumelbewegungsdaten ermittelt werden, aus denen Werte eines Taumelfehlers des Drehtischs (3) ermittelt werden können, und aus den ermittelten Taumelbewegungsdaten unter Verwendung von Taumelfehlervergleichsdaten, die Werte eines für den unbelasteten Drehtisch (3) ermittelten Taumelfehlers wiedergeben, einen lastbedingten Taumelfehler oder eine durch diesen bestimmbare Größe beschreibende Daten ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Ermittlung der aktuellen Taumelbewegungsdaten eine Maßverkörperung (10) und wenigstens zwei unabhängig voneinander auslesbare Winkelgeber (11, 11'), die die Winkelstellung der Maßverkörperung (10) erfassen, verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die durch den lastbedingten Taumelfehler bestimmbare Größe ein Kippmoment auf den Drehtisch (3) ist und insbesondere aus den den lastbedingten Taumelfehler beschreibenden Daten unter Verwendung von Kippsteifigkeitsdaten, die die Kippsteifigkeit einer Lagerung des Drehtischs (3) wiedergeben, Kippmomentdaten ermittelt werden, die den Wert des Kippmoments auf den Drehtisch (3) wiedergeben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Warnsignal erzeugt wird, wenn der Wert des ermittelten lastbedingten Taumelfehlers oder der Wert des Kippmoments einen Grenzwert für den maximal zulässigen lastbedingten Taumelfehler bzw. einen Grenzwert für das maximal zulässige Kippmoment überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem als Warnsignal ein visuell wahrnehmbares Warnsignal abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der ermittelte Wert des Kippmoments im Vergleich zu dem Grenzwert für das maximal zulässige Kippmoment in graphischer Form angezeigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem Daten gespeichert werden, die den aktuellen Taumelfehler und/oder den ermittelten Wert des lastbedingten Taumelfehlers und/oder des ermittelten Kippmoments wiedergeben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Beschleunigung des Drehtischs (3) in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu dessen momentaner Drehachse oder einer vorgegebenen Richtung für die Drehachse ermittelt und in einer Ereignisdatei Daten gespeichert werden, die den Wert der ermittelten Beschleunigung wiedergeben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Messdaten, die die Form oder Position eines Bereichs des Körpers wiedergeben, unter Verwendung des lastbedingten Taumelfehlers korrigiert werden.
Vorrichtung zur Drehung eines Körpers mit einem drehbar gelagertem Drehtisch (3), einem Antrieb zum Drehen des Drehtischs (3), einer Erfassungseinrichtung (5) zur Erfassung von Taumelbewegungsdaten, aus denen Werte eines Taumelfehlers bei der Drehung des Drehtischs (3) ermittelt werden können, und einer Datenverarbeitungseinrichtung (6), die dazu ausgebildet ist, den Antrieb so anzusteuern, dass der Drehtisch (3) über einen vorgegebenen Winkelbereich gedreht wird, bei der Drehung mittels der Erfassungseinrichtung (5) aktuelle Taumelbewegungsdaten ermittelt werden, die Werte eines Taumelfehlers des Drehtischs (3) wiedergeben, und aus den ermittelten aktuellen Taumelbewegungsdaten unter Verwendung von Taumelfehlervergleichsdaten, die Werte eines zu den unbelasteten Drehtisch (3) ermittelten Taumelfehlers wiedergeben, einen lastbedingten Taumelfehler oder eine durch diesen bestimmbare Größe beschreibende Daten zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Erfassungseinrichtung (5) wenigstens eine mit dem Drehtisch (3) verbundene oder an diesem ausgebildete Maßverkörperung (10) und wenigstens zwei unabhängig voneinander auslesbare Winkelgeber (11, 11'), die die Winkelstellung der Maßverkörperung (10) erfassen, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die durch den Taumelfehler bestimmbare Größe ein Kippmoment auf den Drehtisch (3) ist und insbesondere in der Datenverarbeitungseinrichtung (6) Kippsteifigkeitsdaten, die die Kippsteifigkeit einer Lagerung des Drehtischs (3) wiedergeben, gespeichert sind, und die Datenverarbeitungseinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, aus den den lastbedingten Taumelfehler beschreibenden Daten unter Verwendung der Kippsteifigkeitsdaten Kippmomentdaten zu ermitteln, die den Wert des Kippmoments auf den Drehtisch (3) wiedergeben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der eine Warneinrichtung (6, 7) vorgesehen ist, die ein Warnsignal erzeugt, wenn der ermittelte lastbedingte Taumelfehler oder das ermittelte Kippmoment einen Grenzwert für den maximal zulässigen lastbedingten Taumelfehler bzw. einen Grenzwert für das maximal zulässige Kippmoment überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Warneinrichtung als Warnsignalausgabeeinrichtung eine Anzeigeeinrichtung (7) umfasst, mittels derer als Warnsignal ein visuell wahrnehmbares Warnsignal anzeigbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder einem der Ansprüche 13 oder 14 und Anspruch 12, bei der eine Ausgabeeinrichtung (7) vorgesehen ist, über die auf Ansteuerung durch die Datenverarbeitungseinrichtung (6) der Wert des Kippmoments ausgebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Ausgabe- und die Datenverarbeitungseinrichtung (6, 7) so ausgebildet sind, dass der ermittelte Wert des Kippmoments im Vergleich zu dem Grenzwert für das maximal zulässige Kippmoment in graphischer Form angezeigt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, die eine Speichereinrichtung (6) aufweist, in der Daten gespeichert werden, die den ermittelten Taumelfehler und/oder den ermittelten lastbedingten Taumelfehler und/oder das ermittelte Kippmoment wiedergeben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, bei der ein Beschleunigungssensor (8) zur Ermittlung einer Beschleunigung des Drehtischs (3) in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu dessen momentaner Drehachse oder vorgegeben Richtung für die Drehachse vorgesehen ist.