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WO2016174254A1 - Koordinatenmessgerät mit luftlagerüberwachung und - einstellung - Google Patents

Koordinatenmessgerät mit luftlagerüberwachung und - einstellung Download PDF

Info

Publication number
WO2016174254A1
WO2016174254A1 PCT/EP2016/059705 EP2016059705W WO2016174254A1 WO 2016174254 A1 WO2016174254 A1 WO 2016174254A1 EP 2016059705 W EP2016059705 W EP 2016059705W WO 2016174254 A1 WO2016174254 A1 WO 2016174254A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
air bearing
compressed air
coordinate measuring
air
measuring machine
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/059705
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Engel
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh filed Critical Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
Publication of WO2016174254A1 publication Critical patent/WO2016174254A1/de
Priority to US15/797,508 priority Critical patent/US10808758B2/en

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0603—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
    • F16C32/0614—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0002—Arrangements for supporting, fixing or guiding the measuring instrument or the object to be measured
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2233/00—Monitoring condition, e.g. temperature, load, vibration

Definitions

  • the present invention relates to a coordinate measuring machine with an air bearing arrangement with at least one air bearing for the movable mounting of two components to each other, which forms a compressed air cushion between the mutually movable components by means of compressed air (aerostatic air bearing), and a method for operating a corresponding coordinate measuring machine.
  • coordinate measuring machines which can determine the coordinates of a workpiece to be measured via optical and / or tactile sensors (contact sensors).
  • a measuring head with a corresponding sensor is moved three-dimensionally in space in order to measure the workpiece stored in the measuring space.
  • An example of such a coordinate measuring machine is described in the German patent application DE 10 229 823 A1.
  • the movable components of the coordinate measuring machine which are required for moving the sensor in three-dimensional space, must also be stored with high precision.
  • a corresponding air gap between movably mounted components may be in the range of a few micrometers gap thickness.
  • a coordinate measuring machine in which the sensor or the measuring head or the measuring system is movably arranged in or with a support structure and the corresponding movable components are mounted on air bearings, thus, for example, the rapid movement of the components of the support structure in the local adjustment of the measuring system of cause a corresponding measurement dynamic position of the air bearing between the movable components, so that at least a brief collapse of the air cushion and a mutual contacting of the stored components can take place when the dynamic load exceeds a certain limit.
  • This can not only cause damage to the components involved, but can result in further damage to the measuring system and the measurement result can be affected.
  • a corresponding air bearing assembly or a corresponding coordinate measuring machine allow a faster movement of movable components without dynamic loads generated thereby lead to a failure of the air bearing.
  • a corresponding air bearing assembly and a Koordina ⁇ tenmess réelle should be simple and easy to use and a reliable i
  • the invention proposes to carry out a permanent or temporary monitoring of a corresponding air bearing by means of determining the flow of compressed air supplied to the air bearing.
  • the operating state of the air bearing or a coordinate measuring machine with a corresponding air bearing assembly can be determined so that on the basis of the determined operating condition, a suitable adjustment of the air bearing can be made.
  • a reference value for a particular operating condition or a characteristic for a number of operating conditions are detected, which for the subsequent operation of the air bearing or a corresponding device with such Air bearings, so for example, a coordinate measuring machine, can be used.
  • the current operating state can be detected and carried out depending on the current operating state, a change in the setting of the air bearing or the coordinate measuring machine, which uses the air bearing.
  • an air bearing arrangement for the movable mounting of components Accordingly, after decisfi first aspect of the present invention to one another such meadow movable components of a support structure for a measuring system of a coordinate measuring machine proposed, in which at least one air bearing, in particular an aerostatic air bearing, which is supplied with compressed air, is provided and which is monitored by means of at least one flow meter, which can determine the flow of compressed air to the air bearing.
  • the flow meter determines the amount of compressed air per unit of time that is made available to the air bearing and escapes from the air bearing accordingly. In the event of changes in the operating conditions of the air bearing, the flow of compressed air varies, so that by detecting the flow using the flow meter on the operating condition of the air bearing or the coordinate measuring machine, which uses a corresponding air bearing or an air bearing assembly can be closed.
  • the air bearing arrangement can have at least one pressure sensor in the air bearing, that is to say in the region of the air gap formed in the air bearing, in order to be able to determine the pressure conditions in the air bearing.
  • the local pressure conditions in the air bearing can also vary, so that the determination of the air pressure provides an additional indicator for the operating conditions of the air bearing and an arrangement using the air bearing, in particular in combination with the determined flow of compressed air, information about the operating state can give.
  • the at least one pressure sensor can be designed as a differential pressure sensor which determines the pressure changes.
  • the pressure sensor can be arranged at a point in the air bearing at which corresponding pressure changes are to be expected in the case of critical operating states.
  • several pressure sensors can be arranged at different locations of an air bearing to detect the local different pressure conditions.
  • the at least one pressure sensor can also be directed, that is to say specially oriented, installed in the air bearing in order to detect the pressure in a certain direction in the air bearing with the main sensor direction of the pressure sensor. This may be advantageous if the load of the air bearing or the air bearing assembly is not symmetrical or the air bearing or the air bearing assembly are constructed asymmetrically.
  • the air bearing arrangement, a control and / or take control means to ⁇ which is optionally connected to the flow meter and with a pressure sensor so that it can receive detected by the flow meter and of the optionally provided pressure sensor data regarding the flow or pressure.
  • the control and / or regulating device may include a corresponding evaluation unit, with which the detected flow data of the flow meter or pressure data of the pressure sensor can be evaluated.
  • the control and / or regulating device can have a memory device with which corresponding data and / or evaluation results can be stored.
  • the compressed air supply line for supplying at least one air bearing of the air bearing assembly with compressed air can have at least one valve for adjusting the compressed air supply, wherein the valve is adjustable in particular via the control and / or regulating device, so that the control and / or regulating device can be connected to the valve ,
  • the adjustability of the valve in the compressed air supply line of the air bearing in particular by means of the control and / or regulating device, it is possible to vary the compressed air supply and thereby adjust the gap thickness of the air gap between the parts mounted by the air bearing parts.
  • the adjustment of the air bearing and in particular of the valve provided in the compressed air supply line can be carried out automatically on the basis of an operating state determined by the control and / or regulating device.
  • a bypass may be provided in parallel to a valve in the compressed air supply line, which is either opened by a shut-off or closed or can be adjusted by means of a valve with respect to the possible flow of compressed air. Accordingly, if necessary, that is, when it is determined that there is a higher air supply requirement for the air bearing, the bypass can be opened in a suitable manner.
  • the obturator and / or the valve of the bypass can each be in turn connected to the control and / or regulating device.
  • the air bearing arrangement may comprise at least one auxiliary air bearing and / or at least one auxiliary air nozzle, which may be arranged in addition to one or more main air bearings and / or main air nozzles of an air bearing arrangement.
  • main air bearing an air bearing is understood, which always provides compressed air during operation of an air bearing assembly, while an auxiliary air bearing does not constantly provide compressed air in the operation of an air bearing assembly, but only in special situations.
  • main air nozzles and auxiliary air nozzles the main air nozzles always emits compressed air in the air gap between the components to be stored during operation of an air bearing assembly, while an auxiliary air nozzle makes this only temporarily when needed.
  • auxiliary air bearing or the auxiliary air and a valve and / or obturator can be assigned, so that the auxiliary air bearing and / or the Hilfs Kunststoffdüse either shut off completely with the shut-off or completely or can be switched variably adjustable with the valve.
  • a coordinate measuring machine which has at least one air bearing arrangement of the type described above.
  • the one or more air bearing arrangements of the coordinate measuring machine can preferably be used in the storage of movable components of a support structure for a measuring system.
  • the control and / or regulating device of an air bearing arrangement can be integrated in a control and / or regulating device of the coordinate measuring machine or be connected to it in a suitable manner, for example, to generate information about the operating state of the coordinate measuring machine and / or to be able to process, both information about the general operating state of the CMM, such as input operator commands, for the adjustment of the air bearings or the air bearing assembly can be used, as well as information about the operating condition of one or more air bearings of the air bearing assembly for the operation of the coordinate measuring machine can be used.
  • an operating state of the coordinate measuring machine and in particular an air bearing arrangement can be determined, which in turn can be used to adjust the air bearing assembly.
  • an air bearing assembly with at least one air bearing can be operated so that the flow of compressed air to the air bearing is determined and the at least one air bearing is set depending on the determined flow. If a pressure measurement is additionally provided in the air bearing, the values of the pressure measurements can be taken into account in addition to the flow measurements. This applies generally to all aspects of the present invention, although not expressly described.
  • the setting of the air bearing assembly or of the air bearing or bearings based on a determined flow of compressed air and optionally a pressure value may relate to the basic setting, with which the air bearing assembly or the air bearing is operated, ie the adjustment of the air gap thickness between the components to be stored. This can be due to a determined reference value for the flow in a given operating state or based on a characteristic for various operating conditions are made.
  • the measurement data for the adjustment or adjustment of the air bearing (s) can be used both during assembly and during maintenance or during adjustments during operation.
  • a situation-related adjustment of the air bearing assembly or the air bearing can be made, which is based on a stored operating procedures and the associated settings of the air bearing, which have been determined on the basis of the determined flow rates of a flow meter and optionally the measured pressure in the air bearing.
  • the situation-related adjustment of the air bearing assembly or the air bearing or on the basis of currently detected operating conditions due to the determined flow of compressed air and optionally determined pressure in the air bearing can be made.
  • an adjustment of the air bearing arrangement is made on the basis of operating states of the coordinate measuring machine.
  • the operating conditions may either be determined by the determination of the flow of compressed air through a flow meter, as described above with respect to the operation of an air bearing assembly, or the operating condition may be determined by other parameters of the coordinate measuring machine, e.g. based on operating commands for the coordinate measuring machine, in which case stored settings for the compressed air supply can then be used.
  • the corresponding compressed air supply of the air bearing can be increased.
  • a critical operating state can be detected from the command input for adjusting the measuring system and the adjusting speed specified for this purpose, so that a corresponding increase in the compressed air supply is set to avoid the failure of the air bearing.
  • the compressed air supply can be increased, if it is determined that by the Flow rate increases, so there is a risk that the compressed air escapes from the compressed air gap.
  • FIG. 2 is a sectional view of an air bearing of the coordinate measuring machine of FIG. 1 in detail
  • FIG. 3 shows an illustration of a first embodiment of an air bearing arrangement according to the invention
  • FIG. 4 shows a representation of a second embodiment of an air bearing arrangement according to the invention and in FIG.
  • Fig. 5 is an illustration of a third embodiment of an air bearing assembly according to the invention.
  • FIG. 1 shows a coordinate measuring machine 1 according to the present invention.
  • the coordinate measuring machine 1 comprises a support structure with a movable gantry support 2, in which in turn a carriage 3 is movably received, on which a measuring system 5 is arranged in a vertically movable receptacle 8.
  • the measuring system 5 may comprise at least one non-contact, e.g. have optical, capacitive or inductive sensor and / or at least one tactile sensor with which an object to be measured 9 can be detected. In an optical sensor, this can be done without contact, while with a tactile sensor, the dimensions and / or shape of the object to be measured 9 is achieved by appropriate contact with the object 9 to be measured.
  • the gantry carrier 2 can be moved along a rail arrangement with rails 4, the longitudinal extension of the rails 4 corresponding to the X direction, so that the measuring system 5 can be moved by moving the gantry carrier 2 along the rails 4 in X - direction.
  • Direction can be adjusted.
  • the carriage 3 can be moved in the portal carrier 2 in a direction transverse to the X direction, namely the Y direction, wherein in addition a movement of the measuring system 5 with the vertically movable in the carriage 3 recording 8 perpendicular to the through the X - and Y - Spanned plane direction is possible, so that the measuring system 5 along the coordinate axes X, Y and Z at any point in the measuring machine 1 defined by the measuring space can be moved.
  • the storage and management of the movable components of the support structure, so the gantry 2 and the carriage 3 and the receptacle 8 of the measuring system 5 is at least partially realized by air bearings in which a gap is generated with compressed air cushion between two movable components by compressed air.
  • the carriage 3 can be arranged correspondingly movable with air bearing arrangements along the longitudinal beams of the gantry carrier 2 and the receptacle 8 can be arranged in accordance with air bearing arrangements movable in the carriage 3.
  • the illustration of Figure 2 with the air bearing assembly 10 is therefore to be considered as an example.
  • the air bearing assembly 10 is formed in the rail 4 so as to hold and guide a guide member 11 formed on a pillar 6 of the gantry 2 spaced apart from the rails 4 by means of an air cushion.
  • the air bearing assembly 10 may include a plurality of air bearings 12, wherein each air bearing may include one or more air nozzles, by means of which the compressed air for generating the air gap 17 between rail 4 and guide member 11 is pressed into the space between rail 4 and guide member 11.
  • each air nozzle 7 may have its own compressed air supply line 13 or a plurality of air nozzles 7 may be arranged on a compressed air supply line 13.
  • FIG. 3 shows by way of example an air bearing 12 with an air nozzle 7 which is arranged on a compressed air supply line 13 in order to blow compressed air into the gap 17 between a first component (rail 4) and a second component (guide element 11) via the air nozzle 7.
  • a valve 14 is arranged, via which the inflow of compressed air to the air nozzle 7 can be adjusted. In otherwise unchanged conditions can be adjusted by the valve 14, the thickness D of the air gap 17, which forms between the rail 4 and the guide elements 11 by means of the compressed air. If the valve 14 is opened, the compressed air applied to the compressed air supply 13 can flow into the intermediate space between rail 4 and guide element 11.
  • valve 14 Depending on how far the valve 14 is opened more or less compressed air can flow into the air gap 17 at a constant supply pressure. If the valve 14 is fully open, approximately the same air pressure is present in the air gap 17, as the supply pressure in the compressed air supply line 13. If the valve is adjusted so that the flow cross section of the compressed air is reduced by the valve 14, can at the same supply pressure in the Compressed air supply line 13 less compressed air flow into the gap 17 and the air pressure in the air gap 17 decreases, so that at otherwise constant weight - or load conditions, the air gap thickness D decreases. Accordingly, with the valve 14, the air gap thickness D can be adjusted.
  • the air gap thickness D may change if the compressed air supply remains the same.
  • corresponding dynamic loads can occur if the components supported by the air bearing are moved rapidly against one another.
  • the air gap thickness D is greater, the air cushion can flow away, so that there is a risk that the guide element 11 comes into contact with the guide rail 4, which can result in corresponding damage.
  • a flow meter 15 is provided in the compressed air supply line 13, which can detect the amount of compressed air flowing through per unit time.
  • the flowmeter 15 is connected to a control and / or regulating device
  • the control and / or regulating device 16 receives the information about the flow rate determined by the flow meter 15 and can change the setting of the valve 14 on the basis of the determined flow. If, for example, a dynamic loading of the air bearing 12 is effected during a rapid movement of the gantry carrier 2, so that the air cushion in the air gap 17 flows through tilting of the guide element 11 with respect to the rail 4, the flow of compressed air through the compressed air supply line becomes 13 increase. Thus, it can be determined by the flow meter 15 that the flow of compressed air has increased.
  • a flow meter 15 disposed in the compressed air supply line 13 at a corresponding air bearing 12 not only be used to avoid critical situations for the operation of the air bearing 12, but it is also possible with the aid of the flow meter 15 basic settings of the Air bearing 12 and in particular a provided there valve 14 make.
  • a reference value for a specific operating situation of the air bearing 12 or of the coordinate measuring machine 1 can be determined, in which the air bearing 12 a certain thickness D of the air gap
  • the air bearing 12 are operated with an altered air gap thickness D, this can be easily adjusted by the flow rate, which is determined by the flow meter 15, is varied from the reference value.
  • the flow rate which is determined by the flow meter 15
  • the flowmeter 15 need not be permanently disposed in the compressed air supply line 13, but may be provided or connected as needed for the described adjustment purposes of the air bearing 12.
  • the corresponding settings can already be made with the command input by a user of the control and / or regulating device 16 or the sequence of the settings can be realized.
  • the control and / or regulating device 16 can detect an operating command of a user for adjusting the gantry carrier 2 by a certain distance along the X direction, whereby due to the length of the travel path a high travel speed or large accelerations are sought, so that a certain operating sequence is selected and according to the selected operation, the adjustment of the air bearing 12 is made.
  • the adjustment of the compressed air supply to the air nozzle 7 is effected by adjusting the valve 14.
  • a bypass 18 may be provided in the compressed air supply line 13 with a further valve 19 or a simple shut-off device, wherein the bypass bypasses the valve 14, so that without changing the Adjustment of the valve 14, the compressed air supply of the air nozzle 7 can be changed by that the flow through the bypass 18 by means of the valve 19 is changed.
  • the control and / or regulating device 16 without changing the valve 14 by causing the valve 19 in the bypass 18 is regulated. Accordingly, the control and / or regulating device 16 is also connected to the valve 19 in the bypass 18 so that an adjustment of the valve 19 can be made by the control and / or regulating device 16.
  • a pressure sensor 23 is additionally provided which can measure the pressure in the air gap 17 and transmit the determined measured value to the control and / or regulating device 16.
  • the determined pressure can be used in addition to the flow in the same way as the detected flow.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of an air bearing 12 " according to the invention, wherein an auxiliary air nozzle 20 is provided next to the air nozzle 7 and is connected to a separate compressed air supply line 21.
  • the air nozzle 7 represents the main air nozzle, which means in that the air bearing 12 is operated in such a way that, during operation of the air bearing, the air nozzle 7 discharges the compressed air into the air gap 17 in order to establish the operating condition Flow meter 15 is determined that more compressed air must be blown into the air gap 17.
  • the control and / or regulating device 16 a valve 22 which is arranged in the compressed air supply line 21 of the auxiliary air nozzle 20, open, so that temporarily additional compressed air can be provided via the auxiliary air nozzle 20.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät mit mindestens einem Messsystem und mindestens einer Trägerstruktur, an der das Messsystem angeordnet ist, wobei das Messsystem in der Trägerstruktur und/oder die Trägerstruktur verfahrbar gelagert sind und wobei das Koordinatenmessgerät mindestens eine Luftlageranordnung zur beweglichen Lagerung von zwei Bauteilen (4, 11) zueinander mit mindestens einem Luftlager (12) aufweist, welches ein Druckluftpolster zwischen den Bauteilen ausbilden kann, wobei das Luftlager mindestens eine Druckluftversorgungsleitung (13) aufweist, über die Druckluft bereitgestellt werden kann, wobei in der Druckluftversorgungsleitung ein Durchflussmesser (15) angeordnet ist, mit dem der Durchfluss an Druckluft zum Luftlager ermittelt werden kann.

Description

KOORDINATENMESSGERÄT MIT LUFTLAGERÜBERWACHUNG UND - EINSTELLUNG
HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät mit einer Luftlageranordnung mit mindestens einem Luftlager zur beweglichen Lagerung von zwei Bauteilen zueinander, welches mittels Druckluft ein Druckluftpolster zwischen den zueinander beweglichen Bauteilen ausbildet (aerostatisches Luftlager), sowie ein Verfahren zum Betrieb eines entsprechenden Koordinatenmessgeräts.
STAND DER TECHNIK
In der Fertigung ist es beispielsweise für die Qualitätssicherung erforderlich, Werkstücke genau zu vermessen und die Dimensionen und/oder Formen der Werkstücke zu bestimmen. Dazu werden sogenannte Koordinatenmessgeräte eingesetzt, die über optische und/oder taktile Sensoren (Kontaktsensoren) Koordinaten eines zu vermessenden Werkstücks bestimmen können. Hierzu wird ein Messkopf mit einem entsprechenden Sensor dreidimensional im Raum verfahren, um das im Messraum gelagerte Werkstück zu vermessen. Ein Beispiel für ein derartiges Koordinatenmessgerät ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 229 823 A1 beschrieben.
Um mit derartigen Koordinatenmessgeräten hochpräzise Messungen durchführen zu können, müssen die beweglichen Komponenten des Koordinatenmessgeräts, die zur Bewegung des Sensors im dreidimensionalen Raum erforderlich sind, ebenfalls hochpräzise gelagert werden. Hierzu ist es beispielsweise bekannt, Luftlager einzusetzen, bei denen die zu lagernden Bauteile und insbesondere auch die beweglich zueinander zu lagernden Bauteile mit einem Luftspalt zwischen sich über ein Druckluftpolster beabstandet angeordnet sind. Ein entsprechender Luftspalt zwischen beweglich zueinander gelagerten Bauteilen kann im Bereich von wenigen Mikrometern Spaltdicke liegen. Bei dynamischen Belastungen eines entsprechenden aerostatischen Luftlagers, bei dem Druckluft oder ein sonstiges Gas zur Erzeugung des Luftspalts in den Zwischenraum der zu lagernden Teile eingeblasen wird, kann es zu einer Verringerung des Luftspalts bis hin zum Ausfall der Luftlagerung kommen, sodass es zum Kontakt der gelagerten Bauteile kommen kann. Dies kann jedoch Schäden an den gelagerten Bauteilen hervorrufen.
Bei einem Koordinatenmessgerät, bei dem der Sensor bzw. der Messkopf oder das Messsystem in oder mit einer Trägerstruktur beweglich angeordnet ist und die entsprechenden beweglichen Komponenten über Luftlager gelagert sind, kann somit beispielsweise das schnelle Verfahren der Komponenten der Trägerstruktur bei der örtlichen Verstellung des Messsystems von einer Messposition zur anderen entsprechende dynamische Belastungen der Luftlager zwischen den beweglichen Komponenten bewirken, sodass zumindest ein kurzzeitiges Zusammenbrechen des Luftpolsters und eine gegenseitige Kontaktierung der gelagerten Bauteile stattfinden können, wenn die dynamische Belastung einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Dies kann nicht nur Beschädigungen an den beteiligten Komponenten hervorrufen, sondern kann eine weitergehende Beschädigung des Messsystems zur Folge haben und auch das Messergebnis kann beeinträchtigt werden.
Entsprechend muss bei über Luftlager gelagerten, verfahrbaren Komponenten einer Trägerstruktur eines Koordinatenmessgeräts darauf geachtet werden, dass die dynamischen Belastungen des Luftlagers begrenzt werden, um derartige Schädigungen zu vermeiden. Dies hat zur Folge, dass die Verfahrgeschwindigkeit, mit der die Trägerstruktur des Messsystems oder das Messsystem in der Trägerstruktur bewegt werden können, ebenfalls begrenzt werden muss, was die Leistungsfähigkeit eines entsprechenden Koordinatenmessgeräts hinsichtlich der Messgeschwindigkeit beeinträchtigt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Koordinatenmessgerät mit mindestens einer Luftlageranordnung bereitzustellen, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet bzw. zumindest vermindert. Insbesondere soll eine entsprechende Luftlageranordnung bzw. ein entsprechendes Koordinatenmessgerät eine schnellere Bewegung von verfahrbaren Komponenten ermöglichen, ohne dass dadurch erzeugte dynamische Belastungen zu einem Ausfall der Luftlagerung führen. Darüber hinaus soll eine entsprechende Luftlageranordnung sowie ein Koordina¬ tenmessgerät einfach aufgebaut und einfach bedienbar sein sowie einen zuverlässi- i
gen Betrieb unter vielfältigen Betriebsbedingungen gewährleisten.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Koordinatenmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Koordinatenmessgeräts mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt zur besseren Handhabung von dynamischen Belastungen von Luftlagern bei Koordinatenmessgeräten vor, eine dauerhafte oder zeitweilige Überwachung eines entsprechenden Luftlagers mittels der Bestimmung des Durchflusses an Druckluft, die dem Luftlager zugeführt wird, vorzunehmen. Durch die Erfassung des Durchflusses von Druckluft durch mindestens eine Druckluftversorgungsleitung des Luftlagers kann der Betriebszustand des Luftlagers bzw. eines Koordinatenmessgeräts mit einer entsprechenden Luftlageranordnung ermittelt werden, sodass auf Basis des ermittelten Betriebszustands eine geeignete Einstellung des Luftlagers vorgenommen werden kann.
Bei einer nur zeitweiligen Überwachung des Luftlagers einer Luftlageranordnung durch die Ermittlung des Durchflusses der Druckluft kann ein Referenzwert für einen bestimmten Betriebszustand oder eine Kennlinie für eine Reihe von Betriebszustän- den erfasst werden, die für den späteren Betrieb des Luftlagers oder eines entsprechend Geräts mit einem derartigen Luftlager, also beispielsweise eines Koordinatenmessgeräts, zugrunde gelegt werden können.
Bei einer dauerhaften Überwachung des Luftlagers bzw. einer Luftlageranordnung kann der aktuelle Betriebszustand erfasst werden und in Abhängigkeit des aktuellen Betriebszustands eine Änderung der Einstellung des Luftlagers bzw. des Koordinatenmessgeräts erfolgen, welches das Luftlager verwendet. Entsprechend wird nach einerfi ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, für den selbstständig und unabhängig sowie in Kombination mit weiteren Aspekten der vor¬ liegenden Erfindung Schutz begehrt wird, eine Luftlageranordnung zur beweglichen Lagerung von Bauteilen zueinander, wie beispielswiese bewegliche Komponenten einer Trägerstruktur für ein Messsystem eines Koordinatenmessgeräts, vorgeschlagen, bei welchem mindestens ein Luftlager, insbesondere ein aerostatisches Luftlager, das mit Druckluft versorg wird, vorgesehen ist und welches mittels mindestens eines Durchflussmessers überwacht wird, welcher den Durchfluss an Druckluft zum Luftlager ermitteln kann. Der Durchflussmesser ermittelt die Menge an Druckluft pro Zeiteinheit, die dem Luftlager zur Verfügung gestellt wird und entsprechend aus dem Luftlager entweicht. Bei Veränderungen der Betriebsbedingungen des Luftlagers variiert der Durchfluss an Druckluft, sodass durch Erfassung des Durchflusses mittels des Durchflussmessers auf den Betriebszustand des Luftlagers bzw. des Koordinatenmessgeräts, welches ein entsprechendes Luftlager bzw. eine Luftlageranordnung verwendet, geschlossen werden kann.
Darüber hinaus kann die Luftlageranordnung mindestens einen Drucksensor im Luftlager, also im Bereich des im Luftlager gebildeten Luftspalts, aufweisen, um die Druckverhältnisse im Luftlager bestimmen zu können. Durch Veränderungen von Betriebsbedingungen können auch die lokalen Druckverhältnisse im Luftlager variieren, sodass durch die Bestimmung des Luftdrucks ein zusätzlicher Indikator für die Betriebsbedingungen des Luftlagers und einer das Luftlager verwendenden Anordnung gegeben ist, der insbesondere in Kombination mit dem ermittelten Durchfluss an Druckluft Informationen über den Betriebszustand geben kann.
Da der Luftdruck im Luftlager örtlich und/oder zeitlich variieren kann und insbesondere die Veränderung des Luftdrucks Auskunft über einen Betriebszustand geben kann, kann der mindestens eine Drucksensor als Differenzdrucksensor ausgebildet sein, der die Druckveränderungen ermittelt.
Der Drucksensor kann insbesondere an einer Stelle im Luftlager angeordnet werden, an der bei kritischen Betriebszuständen entsprechende Druckveränderungen zu erwarten sind. Selbstverständlich können auch mehrere Drucksensoren an verschiedenen Stellen eines Luftlagers angeordnet werden, um die örtliche unterschiedlichen Druckverhältnisse zu erfassen. Der mindestens eine Drucksensor kann auch gerichtet, also speziell orientiert im Luftlager eingebaut sein, um mit der Hauptsensorrichtung des Drucksensors den Druck in einer bestimmten Richtung im Luftlager zu erfassen. Dies kann vorteilhaft sein, wenn die Belastung des Luftlagers oder der Luftlageranordnung nicht symmetrisch erfolgt oder das Luftlager oder die Luftlageranordnung asymmetrisch aufgebaut sind.
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Die Luftlageranordnung kann eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung um¬ fassen, die mit dem Durchflussmesser und gegebenenfalls mit einem Drucksensor so verbunden ist, dass sie von dem Durchflussmesser und von dem gegebenenfalls vorgesehenen Drucksensor erfasste Daten bezüglich des Durchflusses bzw. Drucks erhalten kann. Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung kann eine entsprechende Auswerteeinheit umfassen, mit der die erfassten Durchflussdaten des Durchflussmessers bzw. Druckdaten des Drucksensors ausgewertet werden können. Darüber hinaus kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung eine Speichereinrichtung aufweisen, mit der entsprechende Daten und/oder Auswerteergebnisse gespeichert werden können.
Die Druckluftversorgungsleitung zur Versorgung des mindestens einen Luftlagers der Luftlageranordnung mit Druckluft kann mindestens ein Ventil zur Einstellung der Druckluftversorgung aufweisen, wobei das Ventil insbesondere über die Steuerungsund/oder Regelungseinrichtung einstellbar ist, sodass die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung mit dem Ventil entsprechend verbunden sein kann.
Durch die Einstellbarkeit des Ventils in der Druckluftversorgungsleitung des Luftlagers, insbesondere mittels der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung, ist es möglich, die Druckluftversorgung zu variieren und dadurch die Spaltdicke des Luftspalts zwischen den durch das Luftlager gelagerten Teilen entsprechend einzustellen. Durch das Vorsehen der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung kann automatisiert aufgrund eines von der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung festgestellten Betriebszustands die Einstellung des Luftlagers und insbesondere des in der Druckluftversorgungsleitung vorgesehenen Ventils vorgenommen werden.
Um eine von der Grundeinstellung der Druckluftversorgung unabhängige Möglichkeit der Variation der Druckluftversorgung für spezielle Betriebszustände zu ermöglichen, kann parallel zu einem Ventil in der Druckluftversorgungsleitung ein Bypass vorgesehen sein, der entweder durch ein Absperrorgan geöffnet oder geschlossen oder mittels eines Ventils bezüglich des möglichen Durchflusses an Druckluft eingestellt werden kann. Entsprechend kann bei Bedarf, also wenn festgestellt wird, dass ein höherer Druckluftversorgungsbedarf für das Luftlager vorliegt, der Bypass in geeigneter Weise geöffnet werden. Hierzu können das Absperrorgan und/oder das Ventil des Bypasses jeweils wiederum mit der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung verbunden sein.
Für eine erforderliche Veränderung der Druckluftversorgung bei speziellen Betriebs- zuständen kann die Luftlageranordnung mindestens ein Hilfsluftlager und/oder mindestens eine Hilfsluftdüse aufweisen, die zusätzlich zu einem oder mehreren Hauptluftlagern und/oder Hauptluftdüsen einer Luftlageranordnung angeordnet sein können. Unter Hauptluftlager wird ein Luftlager verstanden, welches beim Betrieb einer Luftlageranordnung immer Drückluft bereitstellt, während ein Hilfsluftlager im Betrieb einer Luftlageranordnung nicht ständig Druckluft bereitstellt, sondern lediglich in besonderen Situationen. Ähnlich verhält es sich mit Hauptluftdüsen und Hilfsluftdüsen, wobei die Hauptluftdüsen beim Betrieb einer Luftlageranordnung immer Druckluft in den Luftspalt zwischen den zu lagernden Bauteilen abgibt, während eine Hilfsluftdüse dies nur zeitweilig bei Bedarf macht. Ähnlich der vorher beschriebenen By- passanordnung kann dadurch erreicht werden, dass im Falle eins erhöhten Druck- luftbedarfs entsprechende Druckluft über das Hilfsluftlager oder die Hilfsluftdüse bereitgestellt werden kann. Entsprechend können dem Hilfsluftlager oder der Hilfsluftdüse auch jeweils ein Ventil und/oder Absperrorgan zugeordnet sein, sodass das Hilfsluftlager und/oder die Hilfsluftdüse entweder mit dem Absperrorgan ganz zu oder ganz abgeschaltet oder mit dem Ventil variabel einstellbar zugeschaltet werden können.
Entsprechend wird ein Koordinatenmessgerät beansprucht, welches mindestens eine Luftlageranordnung der oben beschriebenen Art aufweist. Die eine oder mehreren Luftlageranordnungen des Koordinatenmessgeräts können vorzugsweise bei der Lagerung verfahrbarer Komponenten einer Trägerstruktur für ein Messsystem Verwendung finden.
Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung einer Luftlageranordnung kann in einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung des Koordinatenmessgeräts integriert sein oder mit dieser in geeigneter Weise verbunden sein, um beispielsweise Informationen über den Betriebszustand des Koordinatenmessgeräts erzeugen und/oder verarbeiten zu können, wobei sowohl Informationen über den allgemeinen Betriebszustand des Koordinatenmessgeräts, wie beispielsweise eingegebene Bedienbefehle, für die Einstellung des oder der Luftlager der Luftlageranordnung Verwendung finden können, wie auch Informationen über den Betriebszustand eines oder mehrerer Luftlager der Luftlageranordnung für den Betrieb des Koordinatenmessgeräts eingesetzt werden können.
Somit kann von zumindest einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung ein Betriebszustand des Koordinatenmessgeräts und insbesondere einer Luftlageranordnung bestimmt werden, welcher wiederum zur Einstellung der Luftlageranordnung Verwendung finden kann.
Beispielsweise kann bei Koordinatenmessgeräten zwischen einem reinen Fahrbetrieb und einem Messbetrieb unterschieden werden, wobei bei Letzterem geringere Fahrgeschwindigkeiten Verwendung finden. Durch Zuordnung eines entsprechenden Betriebszustands des Koordinatenmessgeräts zu bestimmten Betriebszuständen des oder der Luftlager kann eine verbesserte Betriebssicherheit erzielt werden, indem beispielsweise mit zusätzlicher Luftversorgung bei schneller Fahrt über Hilfsluftlager und/oder Hilfsluftdüsen eine erhöhte Druckluftversorgung bereitgestellt werden kann.
Durch die Überwachung der Luftlageranordnung bzw. der Luftlager und Speicherung der ermittelte Daten kann auch die Wartung verbessert werden, da beispielsweise kritische Zustände erfasst und berücksichtigt werden können.
Entsprechend kann eine Luftlageranordnung mit mindestens einem Luftlager so betrieben werden, dass der Durchfluss an Druckluft zum Luftlager ermittelt wird und das mindestens eine Luftlager in Abhängigkeit des ermittelten Durchflusses eingestellt wird. Ist zusätzlich eine Druckmessung im Luftlager vorgesehen, so können ergänzend zu den Durchflussmessungen auch die Werte der Druckmessungen mitberücksichtigt werden. Dies gilt allgemein für alle Aspekte der vorliegenden Erfindung, auch wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist.
Die Einstellung der Luftlageranordnung bzw. des oder der Luftlager auf Basis eines ermittelten Durchflusses an Druckluft und gegebenenfalls eines Druckwertes kann hierbei die Grundeinstellung betreffen, mit der die Luftlageranordnung oder das Luftlager betrieben wird, also die Einstellung der Luftspaltdicke zwischen den zu lagernden Bauteilen. Dies kann aufgrund eines ermittelten Referenzwertes für den Durchfluss bei einem vorgegebenen Betriebszustand oder auf Basis einer Kennlinie für verschiedene Betriebszustände vorgenommen werden. Die Messdaten für die Justa- ge oder Einstellung des oder der Luftlager können sowohl bei der Montage als auch bei der Wartung oder bei Einstellungen während des Betriebs genutzt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann eine situationsbezogene Einstellung der Luftlageranordnung oder der Luftlager vorgenommen werden, die zum einen auf gespeicherten Betriebsabläufen und den dazugehörigen Einstellungen des Luftlagers beruht, die auf Basis der ermittelten Durchflüsse eines Durchflussmessers und gegebenenfalls des gemessenen Drucks im Luftlager ermittelt worden sind. Zum anderen kann die situationsbezogene Einstellung der Luftlageranordnung oder des oder der Luftlager auf Basis von aktuell festgestellten Betriebszuständen aufgrund des ermittelten Durchflusses an Druckluft und des gegebenenfalls ermittelten Drucks im Luftlager vorgenommen werden.
Entsprechend kann bei einem Verfahren zum Betrieb eines Koordinatenmessgeräts, für welches ebenfalls selbstständig und unabhängig sowie in Kombination mit den anderen Aspekten der vorliegende Erfindung Schutz begehrt wird, anhand von Betriebszuständen des Koordinatenmessgeräts eine Einstellung der Luftlageranord- nung vorgenommen wird. Die Betriebszustände können entweder entsprechend der obigen Beschreibung bezüglich des Betriebs einer Luftlageranordnung durch die Ermittlung des Durchflusses der Druckluft durch einen Durchflussmesser bestimmt werden oder der Betriebszustand kann auf Grund anderer Parameter des Koordinatenmessgeräts, wie z.B. auf Basis von Bedienungsbefehlen für das Koordinaten- messgerät, bestimmt werden, wobei dann abgespeicherte Einstellungen für die Druckluftversorgung zur Anwendung kommen können.
Wird aufgrund des erfassten Betriebszustandes befürchtet, dass die dynamische Belastung des Luftlagers bzw. der Luftlageranordnung so groß ist, dass ein Zusammenbrechen des Luftpolsters zumindest teilweise zu befürchten ist, so kann die entsprechende Druckluftversorgung des Luftlagers erhöht werden.
Beispielsweise kann aus der Befehlseingabe zur Verstellung des Messsystems und der dafür vorgegebenen Verstellgeschwindigkeit ein kritischer Betriebszustand erkannt werden, sodass zur Vermeidung des Ausfalls der Luftlagerung eine entsprechende Erhöhung der Druckluftversorgung eingestellt wird.
Im Gegensatz dazu kann bei einer aktuell laufenden Überwachung eines Luftlagers die Druckluftversorgung erhöht werden, wenn festgestellt wird, dass der durch den Durchflussmesser ermittelte Durchfluss ansteigt, sodass zu befürchten ist, dass die Druckluft aus dem Druckluftspalt entweicht.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
Fig. 1 eine Darstellung eines Koordinatenmessgeräts,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Luftlagers des Koordinatenmessgeräts aus Fig. 1 im Detail,
Fig. 3 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftlageranordnung,
Fig. 4 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftlageranordnung und in
Fig. 5 eine Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftlageranordnung.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der folgenden Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die Figur 1 zeigt ein Koordinatenmessgerät 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Koordinatenmessgerät 1 umfasst eine Trägerstruktur mit einem verfahrbaren Portalträger 2, in welchem wiederum verfahrbar ein Schlitten 3 aufgenommen ist, an welchem ein Messsystem 5 in einer vertikal verfahrbaren Aufnahme 8 angeordnet ist. Das Messsystem 5 kann mindestens einen berührungslosen, z.B. optischen, kapazitiven oder induktiven Sensor und/oder mindestens einen taktilen Sensor aufweisen, mit welchem ein zu vermessendes Objekts 9 erfasst werden kann. Bei einem optischen Sensor kann dies berührungslos erfolgen, während mit einem taktilen Sensor die Dimensionen und/oder Form des zu vermessenden Objekts 9 durch entsprechenden Kontakt mit dem zu vermessenden Objekt 9 erzielt wird.
Der Portalträger 2 ist entlang einer Schienenanordnung mit Schienen 4 verfahrbar, wobei die Längserstreckung der Schienen 4 der X - Richtung entspricht, sodass das Messsystem 5 durch ein Verfahren des Portalträgers 2 entlang der Schienen 4 in X - Richtung verstellt werden kann. Der Schlitten 3 kann in dem Portalträger 2 in einer Richtung quer zur X - Richtung, nämlich der Y - Richtung verfahren werden, wobei zusätzlich eine Bewegung des Messsystems 5 mit der vertikal im Schlitten 3 verfahrbaren Aufnahme 8 senkrecht zu der durch die X - und Y - Richtung aufgespannten Ebene möglich ist, sodass das Messsystem 5 entlang der Koordinatenachsen X, Y und Z an jeden beliebigen Punkt im vom Koordinatenmessgerät 1 definierten Messraum bewegt werden kann.
Die Lagerung und Führung der beweglichen Komponenten der Trägerstruktur, also des Portalträgers 2 sowie des Schlittens 3 und der Aufnahme 8 des Messsystems 5 ist zumindest teilweise durch Luftlager realisiert, bei denen zwischen zwei beweglichen Bauteilen durch Druckluft ein Spalt mit einem Druckluftpolster erzeugt wird.
Diese ist beispielhaft für die Luftlageranordnung 10 in Figur 2 gezeigt, mittels der die Säulen 6 des Portalträgers 2 in den Schienen 4 verfahrbar angeordnet sind.
Der Schlitten 3 kann entsprechend mit Luftlageranordnungen entlang der Längsbalken des Portalträgers 2 verfahrbar angeordnet sein und die Aufnahme 8 kann entsprechend mit Luftlageranordnungen verfahrbar im Schlitten 3 angeordnet sein. Die Darstellung der Figur 2 mit der Luftlageranordnung 10 ist deshalb rein exemplarisch zu betrachten.
Die Luftlageranordnung 10 ist in der Schiene 4 ausgebildet, um ein an einer Säule 6 des Portalträgers 2 ausgebildetes Führungselement 11 mittels eines Luftpolsters beabstandet zu den Schienen 4 zu halten und zu führen.
Die Luftlageranordnung 10 kann eine Vielzahl von Luftlagern 12 umfassen, wobei jedes Luftlager ein oder mehrere Luftdüsen umfassen kann, mittels denen die Druckluft zur Erzeugung des Luftspalts 17 zwischen Schiene 4 und Führungselement 11 in den Zwischenraum zwischen Schiene 4 und Führungselement 11 gepresst wird. Hierzu kann jede Luftdüse 7 eine eigene Druckluftversorgungsleitung 13 aufweisen oder mehrere Luftdüsen 7 können an einer Druckluftversorgungsleitung 13 angeordnet sein.
Die Figur 3 zeigt exemplarisch ein Luftlager 12 mit einer Luftdüse 7, die an einer Druckluftversorgungsleitung 13 angeordnet ist, um über die Luftdüse 7 Druckluft in den Spalt 17 zwischen einem ersten Bauteil (Schiene 4) und einem zweiten Bauteil (Führungselement 11) zu blasen. In der Druckluftversorgungsleitung 13 ist ein Ventil 14 angeordnet, über welches der Zufluss an Druckluft zur Luftdüse 7 eingestellt werden kann. Bei ansonsten unveränderten Bedingungen kann durch das Ventil 14 die Dicke D des Luftspalts 17, der sich zwischen der Schiene 4 und den Führungselementen 11 mittels der Druckluft ausbildet, eingestellt werden. Wird das Ventil 14 geöffnet, so kann die an der Druckluftversorgung 13 anliegende Druckluft in den Zwischenraum zwischen Schiene 4 und Führungselement 11 strömen. Je nachdem wie weit das Ventil 14 geöffnet wird kann bei konstantem Versorgungsdruck mehr oder weniger Druckluft in den Luftspalt 17 fließen. Ist das Ventil 14 vollständig geöffnet, so liegt im Luftspalt 17 annähernd der gleiche Luftdruck vor, wie der Versorgungsdruck in der Druckluftversorgungsleitung 13. Wird das Ventil so eingestellt, dass der Strömungsquerschnitt der Druckluft durch das Ventil 14 verringert wird, kann bei gleichbleibenden Versorgungsdruck in der Druckluftversorgungsleitung 13 weniger Druckluft in den Spalt 17 fließen und der Luftdruck im Luftspalt 17 sinkt, sodass bei ansonsten gleichbleibenden Gewichts - bzw. Belastungsverhältnissen die Luftspaltdicke D abnimmt. Entsprechend kann mit dem Ventil 14 die Luftspaltdicke D eingestellt werden.
Kommt es während des Betriebs des Luftlagers 12 zu einer Veränderung der Bedingungen, beispielsweise durch Veränderung der Last, so kann es bei gleichbleibender Druckluftversorgung zu einer Veränderung der Luftspaltdicke D kommen.
Bei dem gezeigten Koordinatenmessgerät aus Figur 1 kann es zu entsprechenden dynamischen Belastungen kommen, wenn die durch das Luftlager gelagerten Bauteile schnell gegeneinander verfahren werden. Bei derartigen dynamischen Belastungen kann es insbesondere dazu kommen, dass es zu einer Verkippung der zueinander gelagerten Bauteile kommt, also beispielsweise zu einer Verkippung des Führungselements 11 zur Schiene 4, sodass der Luftspalt 17, wie in der gestrichelten Darstellung der Figur 3 angedeutet, zwischen der Schiene 4 und dem Führungselement 11 nicht mehr gleichmäßig ausgebildet ist, sondern eine unterschiedliche Luftspaltdicke D vorliegt. Dadurch kann es in dem Bereich, in dem die Luftspaltdicke D größer ist, zu einem Abfließen des Luftpolsters kommen, sodass die Gefahr besteht, dass das Führungselement 11 in Kontakt mit der Führungsschiene 4 gelangt, was entsprechende Schädigungen zur Folge haben kann. Um diesen Zustand zu erfassen, ist in der Druckluftversorgungsleitung 13 ein Durchflussmesser 15 vorgesehen, der die durchfließende Menge an Druckluft pro Zeiteinheit erfassen kann.
Der Durchflussmesser 15 ist mit einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung
16 verbunden, die auch mit dem Ventil 14 verbunden ist. Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 erhält die Information über den von dem Durchflussmesser 15 ermittelten Durchfluss und kann auf Basis des ermittelten Durchflusses die Einstellung des Ventils 14 verändern. Wird beispielsweise bei einer schnellen Verfahrbewegung des Portalträgers 2 eine dynamische Belastung des Luftlagers 12 bewirkt, sodass es durch eine Verkippung des Führungselements 11 bezüglich der Schiene 4 zu einem Abfließen des Luftpolsters in dem Luftspalt 17 kommt, so wird sich der Durchfluss der Druckluft durch die Druckluftversorgungsleitung 13 erhöhen. Somit kann durch den Durchflussmesser 15 festgestellt werden, dass sich der Durchfluss der Druckluft erhöht hat. Auf Basis dieser Feststellung, die durch eine Auswerteeinheit der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 getroffen werden kann, kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 das Ventil 14 weiter öffnen, sodass mehr Druckluft in den Luftspalt 17 einfließen kann, um so zu verhindern, dass das Führungselement 11 mit der Schiene 4 in Kontrakt gelangt. Dadurch kann verhindert werden, dass durch einen Kontakt des Führungselements 1 mit der Schiene 4 eine Beschädigung des Luftlagers stattfindet.
Darüber hinaus kann ein Durchflussmesser 15, der in der Druckluftversorgungsleitung 13 bei einem entsprechenden Luftlager 12 angeordnet ist, nicht nur dazu verwendet werden, kritische Situationen für den Betrieb des Luftlagers 12 zu vermeiden, sondern es ist auch möglich, mit Hilfe des Durchflussmessers 15 Grundeinstellungen des Luftlagers 12 und insbesondere eines dort vorgesehenen Ventils 14 vorzunehmen.
Beispielsweise kann mittels des Durchflussmessers 15 ein Referenzwert für eine bestimmte Betriebssituation des Luftlagers 12 bzw. des Koordinatenmessgeräts 1 ermittelt werden, bei welchem das Luftlager 12 eine bestimmte Dicke D des Luftspalts
17 aufweist. Soll nun das Luftlager 12 mit einer veränderten Luftpaltdicke D betrieben werden, so kann dies einfach eingestellt werden, indem der Durchfluss, der von dem Durchflussmesser 15 ermittelt wird, gegenüber dem Referenzwert variiert wird. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, Kennlinien aufzunehmen, die einen Zu- sammenhang zwischen dem mit dem Durchflussmesser 15 ermittelten Durchfluss an Druckluft und der eingestellten Spaltendicke D beschreiben, sodass entsprechend der Kennlinie die Spaltendicke D einfach durch Einstellung des Durchflusses durch den Durchflussmesser 15 eingestellt werden kann.
Der Durchflussmesser 15 muss nicht dauerhaft in der Druckluftversorgungsleitung 13 angeordnet sein, sondern kann für die beschriebenen Einstellzwecke des Luftlagers 12 bei Bedarf vorgesehen bzw. angeschlossen werden.
Darüber hinaus ist es auch möglich bestimmte Betriebsabläufe des Luftlagers 12 bzw. des Koordinatenmessgeräts 1 durchzuführen und die während des Betriebsablaufs festgestellten Durchflüsse durch den Durchflussmesser 15 zu erfassen, sodass abgestimmt auf entsprechende Betriebsabläufe die wiederkehrend stattfinden, bestimmte Einstellungen des Ventils 14 bzw. des Luftlagers 12 vorgenommen werden können. Dies bedeutet, dass für einzelne, insbesondere wiederkehrende Betriebsabläufe Einstellungen des Luftlagers bzw. des Ventils 14 vorgenommen werden können, die entweder über den gesamten Zeitablauf des jeweiligen Betriebsablaufs fest sind oder für bestimmte Betriebsabläufe über den Zeitablauf variierend sind.
Beispielsweise kann bei einem schnellen Verfahren des Portalträgers 2 entlang der Schiene 4 bei der Beschleunigung für die Druckluftversorgung ein höherer Durchfluss am Ventil 14 eingestellt werden, während bei der Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit der Durchfluss durch das Ventil 14 reduziert und beim Bremsvorgang wieder erhöht wird. Selbstverständlich sind jedoch je nach Anwendungsfall auch andere zeitliche Verläufe der Luftlagereinstellungen bzw. Ventileinstellungen möglich.
Mit derart abgespeicherten konstanten oder variablen Einstellungen für das Luftlager 12 bzw. das darin vorgesehene Ventil 14 können bereits mit der Befehlseingabe durch einen Nutzer von der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 die entsprechenden Einstellungen vorgenommen bzw. der Ablauf der Einstellungen realisert werden. Beispielsweise kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 einen Betriebsbefehl eines Nutzers zur Verstellung des Portalträgers 2 um eine bestimmte Wegstrecke entlang der X - Richtung erfassen, wobei aufgrund der Länge der Wegstrecke eine hohe Verfahrgeschwindigkeit bzw. große Beschleunigungen angestrebt werden, sodass ein bestimmter Betriebsablauf ausgewählt wird und entsprechend des gewählten Betriebsablaufs die Einstellung des Luftlagers 12 vorgenommen wird. Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 wird die Einstellung der Druckluftversorgung an der Luftdüse 7 durch Einstellung des Ventils 14 bewirkt. Bei einer alternativen Ausführungsform eines Luftlagers 12', wie sie in der Figur 4 vorgestellt wird, kann ein Bypass 18 in der Druckluftversorgungsleitung 13 mit einem weiteren Ventil 19 oder einem einfachen Absperrorgan vorgesehen sein, wobei der Bypass das Ventil 14 umgeht, sodass ohne Veränderung der Einstellung des Ventils 14 die Druckluftversorgung der Luftdüse 7 dadurch verändert werden kann, dass der Durchfluss durch den Bypass 18 mittels des Ventils 19 verändert wird. Wird also beispielsweise aufgrund des ermittelten Durchflusses, der durch den Durchflussmesser 15 festgestellt worden ist, durch die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 bestimmt, dass die an der Luftdüse 7 zur Verfügung gestellte Menge an Druckluft erhöht werden muss, so kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 ohne Veränderung des Ventils 14 dies dadurch bewirken, dass das Ventil 19 im Bypass 18 reguliert wird. Entsprechend ist die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 auch mit dem Ventil 19 im Bypass 18 so verbunden, dass durch die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 eine Einstellung des Ventils 19 vorgenommen werden kann.
Darüber hinaus ist im Ausführungsbeispiel der Figur 4 zusätzlich ein Drucksensor 23 vorgesehen, der den Druck im Luftspalt 17 messen und den ermittelten Messwert an die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 übermitteln kann. Der ermittelte Druck kann in Ergänzung zum Durchfluss in gleicher Weise wie der erfasste Durchfluss eingesetzt werden.
Die Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Luftlagers 12", wobei neben der Luftdüse 7 eine Hilfsluftdüse 20 vorgesehen ist, die mit einer separaten Druckluftversorgungsleitung 21 verbunden ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Figur 5 stellt die Luftdüse 7 die Hauptluftdüse dar, was bedeutet, dass das Luftlager 12 so betrieben wird, dass beim Betrieb des Luftlagers die Luftdüse 7 die Druckluft in den Luftspalt 17 abgibt, um den Betriebszustand herzustellen. Lediglich bei Bedarf wird zusätzlich Druckluft durch die Hilfsluftdüse 20 in den Luftspalt 17 geblasen, wenn beispielsweise durch den Durchflussmesser 15 festgestellt wird, dass mehr Druckluft in den Luftspalt 17 geblasen werden muss. Dann kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 16 ein Ventil 22, welches in der Druckluftversorgungsleitung 21 der Hilfsluftdüse 20 angeordnet ist, öffnen, so- dass zeitweise zusätzliche Druckluft über die Hilfsluftdüse 20 bereitgestellt werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern das vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen der Merkmale vorgenommen werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Koordinatenmessgerät
2 Portalträger
3 Schlitten
4 Schiene
5 Messsystem
6 Säule
7 Luftdüse
8 Aufnahme
9 Objekt
10 Luftlageranordnung
1 Führungselement
12, 12', 12" Luftlager
13 Druckluftversorgungsleitung
14 Ventil
15 Durchflussmesser
16 Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung
17 Luftspalt
18 Bypass
19 Ventil
20 Hilfsluftdüse
21 Druckluftversorgungsleitung
22 Ventil

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Koordinatenmessgerät mit mindestens einem Messsystem (5) und mindestens einer Trägerstruktur (2,3,8), an der das Messsystem angeordnet ist, wobei das Messsystem in der Trägerstruktur und/oder die Trägerstruktur verfahrbar gelagert sind und wobei das Koordinatenmessgerät mindestens eine Luftlageranordnung zur beweglichen Lagerung von zwei Bauteilen (4,11) zueinander mit mindestens einem Luftlager (12,12 ,12") aufweist, welches ein Druckluftpolster zwischen den Bauteilen ausbilden kann, wobei das Luftlager mindestens eine Druckluftversorgungsleitung (13) aufweist, über die Druckluft bereitgestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass
in der Druckluftversorgungsleitung ein Durchflussmesser (15) angeordnet ist, mit dem der Durchfluss an Druckluft zum Luftlager ermittelt werden kann.
2. Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftlageranordnung eine Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung (16) umfasst, die mit dem Durchflussmesser (15) verbunden ist, um die von dem Durchflussmesser erfassten Daten bezüglich des Durchflusses zu erhalten.
3. Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftlageranordnung mindestens einen Drucksensor im Luftlager aufweist, mit dem der Druck im Druckluftpolster ermittelt werden kann, wobei insbesondere Messwerte des Drucksensors analog zu und/oder in Kombination mit den Durchflussdaten genutzt werden.
4. Koordinatenmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Druckluftversorgungsleitung (13) ein Ventil (14) zur Steuerung der Druckluftversorgung angeordnet ist, wobei das Ventil insbesondere über die Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung (16) steuerbar ist.
5. Koordinatenmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckluftversorgungsleitung (13) einen Bypass (18) mit einem Ventil (19) und/oder Absperrorgan aufweist, welche insbesondere über die Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung steuerbar sind.
6. Koordinatenmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftlageranordnung mindestens ein Hilfsluftlager und/oder mindestens eine Hilfsluftdüse (20) aufweist.jdie jeweils ein Ventil und/oder Absperrorgan aufweisen, welche insbesondere über die Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung (16) steuerbar sind.
7. Koordinatenmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Koordinatenmessgerät eine Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie einen Betriebszustand des Koordinatenmessgeräts bestimmen kann.
8. Koordinatenmessgerät nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung so ausgebildet ist, dass auf Basis des ermittelten Betriebszustands eine Einstellung der Luftlageranordnung an- gepasst werden kann.
9. Verfahren zum Betrieb eines Koordinatenmessgeräts, insbesondere eines Koordinatenmessgeräts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Koordinatenmessgerät mit mindestens einem Messsystem (5) und mindestens einer Trägerstruktur (2,3,8) ausgestattet ist, an der das Messsystem angeordnet ist, wobei das Messsystem in der Trägerstruktur und/oder die Trägerstruktur verfahrbar gelagert sind und wobei das Koordinatenmessgerät mindestens ein Luftlager zur beweglichen Lagerung von zwei Bauteilen (4,11) zueinander umfasst, welches ein Druckluftpolster zwischen den Bauteilen ausbilden kann, wobei das Luftlager mindestens eine Druckluftversorgungsleitung ( 3) aufweist, über die Druckluft bereitgestellt wird,
wobei in der Druckluftleitung ein Ventil (14) zur Steuerung des Durchflusses der Druckluft und ein Durchflussmesser (15) angeordnet sind, mit dem der Durchfluss an Druckluft zum Luftlager ermittelt wird, sodass das Ventil in Abhängigkeit des ermittelten Durchflusses gesteuert wird,
und/oder wobei das Koordinatenmessgerät eine Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung (16) umfasst, die einen Betriebszustand des Koordinatenmessgeräts erfasst und bestimmt, ob der erfasste Betriebszustand ein Betriebszustand ist, der das Luftlager dynamisch so belastet, dass eine Gefährdung des Koordinatenmessgeräts befürchtet werden muss, und welche im Falle, dass eine Gefährdung des Koordinatenmessgeräts festgestellt wird, die Druckluftversorgung des Luftlagers erhöht.
10.Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ventil (14) geöffnet wird, wenn der von dem Durchflussmesser (15) ermittelte Durchfluss ansteigt.
11.Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftlageranordnung mindestens einen Drucksensor aufweist und das Ventil (14) geöffnet wird, wenn der von dem Drucksensor (15) ermittelte Druck abfällt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Betriebszustand dadurch erfasst wird, dass der Durchfluss der Druckluft durch eine Druckluftversorgungsleitung (13) zu dem Luftlager ermittelt wird und/oder dass Bedienungsbefehle für das Koordinatenmessgerät erfasst werden und/oder dass der Druck der Druckluft im Luftlager erfasst wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die durch das Luftlager beweglich gelagerten Bauteile gemäß vorgegebener Abläufe zueinander bewegt werden und die Druckluftversorgung des Luftlagers während jedes Ablaufs gespeichert wird, um beim Betrieb entsprechend eines der vorgegebenen Abläufe die zugehörige, abgespeicherte Druckluftversorgung einzustellen.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
für den Durchfluss der Druckluft ein Referenzwert oder eine Kennlinie bestimmt wird, bezüglich dem oder der eine Grundeinstellung des Luftlagers erfolgt.
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