[发明专利]用于带有冗余的、平动作用的轴的测量机或机床的优化的运动协调的方法

说明书

技术领域

在测量机和机床的开发中，越来越多地使用冗余的、平动作用的轴，即这样一些轴，其相互叠置构造地或相互作用地、可在空间中平行地相对运动，其中，在具有相对长的运动范围的基轴上或者相对于所述基轴设置有一个或多个具有相对短的运动范围的附加轴。 

背景技术

这样的可冗余地在相同方向上叠加地运动的轴提供了以下可能性：在测量装置或刀具相对于测量物或加工物的连续运动过程中结合了基轴的较大的运动范围与短程的并因此较轻地构造的附加轴的较高加速能力。 

这类设计的一个例子是专利EP 594 699 B1(Ehlerding)。在所述的专利中已经提出使用平行定向的、重叠作用的轴装置，以便能够在这样的机床中在可较小加速的、长程的轴的整个工作区域内实现轻的、短程的轴的高加速度，所述机床优选设计用于在两个或三个相互正交定向的轴上加工扁的或平的工件。 

由该公开文献已知，在此称为附加轴的较短的分轴可以由一个可在材料上方运动的机架支撑，该机架带有支撑附加轴的运动单元，所述运动单元又在机架上顺着运动，或者也可以借助于基轴使材料运动，其中，刀具又可以借助于附加轴与由基轴引起的运动无关地相对于材料运动。同样，也可想到一个或多个支撑刀具的附加轴，所述附加轴在材料上方在作为基轴的固定机架上顺着运动，而材料借助于另一个与机架正交地定向的基轴在机架下面顺着运动。 

公知的是，替代机架，也可以将带有运动的或静止的支撑件的横梁或可运动或静止的臂或悬臂用作附加轴的支撑，并且，所有提及的轴配置也与通常的情况不同，其中，基轴优选可以使重的机械部分或重的测量物或加工物在水平面上运动，也可以具有空间上的其它定向。 

替代测量装置或刀具，轻的或小的测量物或加工物也可以通过附加轴支撑并通过基轴和附加轴的总运动沿测量装置或刀具导向，而为此无需根本不同的协调。 

此外，例如由WO 2006/75209A2(Gattiglio等人)已知，附加轴尽管在物理上相互正交地定向并且共同在一个借助两个基轴定向的平面上运动，然而，物理的附加轴在该运动面中并不平行于所述基轴定向，例如，如在WO 2006/75209A2中一样在公共的运动平面中相对于基轴转过45°。 

轴的冗余的、平行定向的作用在此基本上也易于实施，因为即便是普通技术人员也能借助于最简单的、恒定作用的模拟的、数字的或在计算机技术上考虑的乘法元件毫无问题地设置为此必需的在两个借助物理轴向定向的笛卡儿坐标系的定向之间的固定变换。 

此外，由现有技术已知，也可以使用能以通常很小的角度值旋转地运动的装置来替代线性运动的附加轴，使得借助于旋转点和测量点或加工点之间足够的间距形成测量装置或刀具的与测量或加工相关的元件的足够近似线性的运动。如果集束的辐射能(大多是激光束)借助于可摆动的镜或其它偏转元件偏引到加工位置，则为此使用一种变型。 

这种意义上的附加轴例如在文献WO 96/29634A1(Cutler等人)中详细说明，为此特别示意性地参见该文献的图2和图4。 

对于其它的刀具(例如可旋转的铣削头)或相应的测量装置，也可考虑与附加轴相关的类似运动学关系，其中，常常可以附加地沿刀具轴或例如测量探头轴运动，也用于补偿与对应基轴正好平行的运动的偏差。 

同样由美国专利5 910 260(Gerber)公开了一种类似的轴配置，带有称作“束移位器(beam shifter)”的、用于激光束的偏转单元。关于协调，在那里给出了如下教导：起支撑作用的基轴驶出额定轮廓的详细程度较小的版本，而附加轴按照基轴轨迹中缺少的细节补充地运动。 

然而，这实际上是任务描述，而不是问题的技术解决方案，因为在此完全不清楚：如何产生这些单独的运动分量和如何才能在技术上实现两个轴类型的足够同步的和有效的协调。在其说明书和权利要求书中提及的为此的所有解决方案都不能保证在刀具相对于材料的运动速度在很大程度上恒定的同时有效地利用附加轴。 

要么规定减缓基轴的运动速度，以便附加轴能够以额定速度驶出所述 细节并实现恒定的加工参数(其权利要求15，最后一个分段)，要么在使用附加轴期间使加工速度加速(其权利要求16，最后一个分段)。