DE19903613C1 - Tripod-Lagerungseinrichtung und Verfahren zur Torsionskompensation - Google Patents

Abstract

Eine Tripod-Lagerungsvorrichtung weist ein feststehendes Gestell und einen relativ dazu bewegbaren Träger auf, die über drei in ihrer Länge verstellbare Streben miteinander verbunden sind. Jede Strebe ist an dem Gestell und an dem Träger über je ein Gelenk mit zwei Drehfreiheitsgraden angekoppelt. Überdies ist jeder Strebe ein Torsionsantrieb zugeordnet, zum Verdrehen des trägerseitigen Gelenkes der betreffenden Strebe relativ zu dem gestellseitigen Gelenk dieser Strebe um deren Längsachse. Hierdurch läßt sich eine konstruktiv einfache Parallelstruktur mit drei Bearbeitungsachsen verwirklichen, die bei hoher dynamischer Steifigkeit eine genaue Zustellung des Trägers ermöglicht. Weiterhin ist ein Verfahren zur Torsionskompensation in den Streben angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tripod-Lagerungseinrichtung mit einem feststehenden Gestell und einem relativ dazu bewegbaren Träger, die über drei in ihrer Länge verstellbare Streben miteinander verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Torsionskompensation in der vorgenannten Vorrichtung.

Solche Vorrichtungen bzw. Verfahren werden in Werkzeugmaschinen zur Aufnahme und Bewegung eines Werkzeuges verwendet, das in der Regel an dem Träger befestigt und durch eine Relativbewegung gegenüber einem an dem Gestell gehaltenen Werkstück zugestellt werden kann. Weitere Anwendungsgebiete für Tripod-Lagerungsvorrichtungen sind Handlingsysteme und Roboter, bei denen beispielsweise an dem Träger ein Mani­ pulator, eine Klemmvorrichtung oder ein Greifer angebracht werden kann.

Im Unterschied zu konventionellen, dreiachsigen Werkzeugführungen, bei denen für jede Linearachse ein eigener, angetriebener Schlitten vorgesehen ist, wobei diese Schlitten in Reihe geschaltet sind, handelt es sich bei Tripod-Lagerungsvorrichtungen um sogenannte Parallelstrukturen, bei denen für eine Linearbewegung in Richtung einer Achse in der Regel nicht nur ein, sondern mehrere Zustellorgane, beispielsweise in ihrer Länge verstellbare Streben betätigt werden müssen.

Zu dem Gebiet der Parallelstrukturen gehören auch sogenannte Hexapoden, die sich durch eine sechsbeinige Aufhängung des Trägers an dem Gestell auszeichnen. Ein Hexapod-Bearbeitungszentrum sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung desselben sind aus der DE 196 36 100 A1 und DE 196 36 102 A1 derselben Anmelderin bekannt.

Die genannten Hexapoden ermöglichen, bei Anordnung eines Bearbeitungswerkzeuges an dem Träger, eine fünfachsige Bearbeitung an einem an dem Gestell festgelegten Werkstück, wobei Translationen in sämtliche Raumrichtungen sowie Schwenkbewegun­ gen um zu der Spindelachse des Bearbeitungswerkzeuges senkrecht verlaufender Ach­ sen möglich sind. Bei solchen Hexapoden werden die einzelnen Streben ausschließlich auf Zug und Druck belastet, so daß es möglich ist, relativ lange Streben zu verwenden, die eine relativ geringe Torsionssteifigkeit aufweisen, was bei Hexapoden im Hinblick auf eine möglichst freie Bewegung des Trägers im Raum unter dem Gesichtspunkt von Stre­ benkollisionen günstig ist.

Aus der DE 196 40 769 A1 ist eine auf dem Tripod- bzw. Hexapod-Prinzip beruhende Einrichtung mit mindestens einer Bewegungseinheit bekannt, bei der an einem Gestell Verbindungsglieder und Einzelvorrichtungen gelagert sind, die über weitere Verbin­ dungsglieder an einen, eine Bewegungseinheit bildenden Basiskörper angekoppelt sind, wobei der Antrieb eine entsprechende Steuervorrichtung erfolgt.

Aus der US 5,401,128 ist eine Hexpod-Vorrichtung mit einem feststehenden Gestell und einem bewegbaren Träger bekannt, wobei die Verbindung zwischen Gestell und Träger über längs verstellbare Streben erfolgt und jede Strebe an seinen Befestigungspunkten gelenkig angekoppelt ist.

Hexapoden sind jedoch aufgrund ihrer Komplexität nicht nur hinsichtlich ihrer Struktur, sondern auch ihrer Steuerung technisch aufwendig und daher für Anwendungsfälle, in denen eine geringere Bearbeitungsvariabilität ausreicht ist, weniger rentabel.

Bei Anwendungsfällen, bei denen lediglich eine dreiachsige Bearbeitung gefragt ist, be­ steht die Möglichkeit, die Strebenanzahl und damit die Komplexität der Vorrichtung ge­ genüber einem Hexapoden zu verringern. Die hierbei auftretenden Komplikationen aus der Bindung von rotatorischen Freiheitsgraden verhindern, daß bei Hexapoden übliche Konstruktionsprinzipien ohne weiteres auf Strukturen mit geringerer Strebenanzahl über­ tragen werden können. Durch die Bindung der rotatorischen Freiheitsgrade treten im Gegensatz zu Hexapoden neben Zug- und Druckkräften auch Torsionsmomente auf, für die die üblicherweise bei Hexapoden verwendeten Streben mit geringer Torsionssteifig­ keit an sich ungeeignet sind. Eine torsionssteifere Ausführung würde jedoch aufgrund der räumlichen Restriktionen insbesondere an einem kompakten Träger die Beweglich­ keit desselben negativ beeinträchtigen.

Im Hinblick auf die Torsionsproblematik ist bereits vorgeschlagen worden, bei einer Tri­ pod-Lagerungsvorrichtung, d. h. einer Vorrichtung mit drei Streben, diese jeweils als Doppelstäbe auszubilden, so daß auftretende Momente jeweils in zwei Zug/Druck­ kraftanteile aufgeteilt werden. Diese Lösungen verwenden jedoch längenunveränderliche Streben, bei denen die Zustellung des Trägers durch eine gestellseitige Fußpunktver­ schiebung der Streben verwirklicht wird. Eine solche Lösung ist jedoch bei Streben, die in ihrer Länge verstellbar sein sollen, impraktikabel.

Längenunveränderliche Streben mit Fußpunktführung weisen überdies den Nachteil auf, daß durch die Führungsbahnen der Fußpunkte Fehler in die Lagerung des Trägers ein­ gebracht werden, die nur sehr schwierig und aufwendig zu kompensieren sind.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Tripod-Lagerungsvor­ richtung mit in ihrer Länge verstellbaren Streben zu schaffen, die eine hohe Genauigkeit der Zustellung bei geringem technischen Aufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Tripod-Lagerungsvorrichtung dadurch gelöst, daß jede Strebe an dem Gestell und an dem Träger über je ein Gelenk mit zwei Drehfreiheitsgraden angekoppelt ist, und eine Torsionskompensationsregelvorrichtung mit den einzelnen Streben jeweils zugeordneten Torsionsantrieben zusammenwirkt zum Verdrehen des trägerseitigen Gelenks der betreffenden Strebe relativ zu dem gestellsei­ tigen Gelenk dieser Strebe um deren Längsachse zur Ausregelung von in den Streben auftretenden Torsionen.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung können durch die Torsionsantriebe der einzelnen Streben in der Parallelstruktur auftretende Torsionen, die zu einer rotatorischen Abwei­ chung des Trägers von seiner Sollposition führen, gezielt ausgeglichen, vorzugsweise auf Null reduziert werden. Insbesondere kann die aufgrund von Bearbeitungskräften auftretende Verlagerung einer an dem Träger vorgesehenen Hauptspindel kompensiert werden, wodurch praktisch eine wesentlich höhere Steifigkeit der Lagerung des Träges gegenüber konventionellen Vorrichtungen erzielt werden kann, ohne daß hierzu eine Strukturverstärkung an den Streben vorgenommen werden müßte. Somit kann auch eine hohe Beweglichkeit des Trägers im Raum selbst bei einem räumlich kompakten Träger verwirklicht werden. Überdies können Fertigungsungenauigkeiten sowie ther­ misch beeinflußte Maßveränderung steuerungstechnisch in allen sechs Freiheitsgraden kompensiert werden. Im Gegensatz hierzu ist dies bei konventionellen Dreiachsenrei­ henstrukturen lediglich für die drei translatorischen Freiheitsgrade möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Torsionsantrieb zwischen dem trägerseitigen Gelenk und dem gestellseitigen Gelenk, vorzugsweise an dem trä­ gerseitigen Ende der Strebe angeordnet. Letzteres ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Torsionsantrieb im Vergleich zu der Strebe relativ leichtgewichtig ist. Mit klei­ nen, trägerseitigen Massen lassen sich hohe Beschleunigungen verwirklichen, wodurch eine hohe Fertigungsgeschwindigkeit möglich ist.

Vorzugsweise ist der Torsionsantrieb als rotatorische Antriebsvorrichtung für kleine We­ ge mit hoher Antriebsgeschwindigkeit ausgebildet. Der rotatorische Antrieb stellt dabei einen Zusatzantrieb zu dem translatorischen Hauptantrieb der Streben dar, der große Wege mit einer relativ großen Eigenmasse zurücklegt. Hieraus resultiert eine hohe Grenzfrequenz der gesamten Anordnung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Träger an den Streben im Raum orien­ tierungsgetreu gelagert, d. h. bei einer Bewegung des Trägers im Raum behält dieser seine Ausrichtung zu den translatorischen Raumachsen stets bei.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist an den Streben jeweils eine Vor­ richtung zur Ermittlung einer Torsion der betreffenden Strebe um deren Längsachse vorgesehen zur Erzeugung eines Signals, in Abhängigkeit dessen jeweils der Torsions­ antrieb der betreffenden Strebe betätigt wird. Durch die unmittelbare Erfassung der tat­ sächlich auftretenden Torsionen lassen sich diese während des Betriebs der Tripod- Lagerungsvorrichtung on-line, d. h. während einem Bearbeitungsvorgang kompensieren. Prinzipiell können die Torsionsantriebe auch in einem gewissen Umfang zur Erzeugung von Torsionen eingesetzt werden, sofern im Rahmen eines Bearbeitungsvorganges ge­ ringfügige Schwenkbewegungen um die Translationsachsen erwünscht sein sollten.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist in eine Steuer- und/oder Regelvor­ richtung zur Längenveränderung der Streben eine Torsionskompensationsregelvorrich­ tung integriert, die einen Regler sowie die Vorrichtung zur Ermittlung der Torsionen der Streben umfaßt, wobei dem Regler eingangsseitig eine Regeldifferenz aufgeschaltet ist, die aus Parametern, die die Torsionssollwerte repräsentieren, und Parametern, die von der Torsionsermittlungsvorrichtung erzeugten Torsionssistwerte repräsentieren, gebildet ist, und der Reglerausgang auf die Torsionsantriebe geschaltet ist. Hiermit lassen sich auftretende Störgrößen wie aus einem Bearbeitungsvorgang resultierende Momente in gewünschter Art und Weise je nach Konfiguration des Reglers ausgleichen. Die Rege­ lung kann dabei sowohl analog als auch digital erfolgen, wobei ersteres den Vorteil einer großen Dynamik des Systems bietet.

Im Gegensatz zu Hexapoden ist es bei Tripoden oftmals möglich, eine geschlossene analytische Lösung der Vorwärtstransformation zu bestimmen. Hierdurch kann im Fall der digitalen Regelung die Abtastrate und damit die Regelgüte erhöht werden.

Die übergeordnete Steuer- und/oder Regelvorrichtung gibt lediglich Sollwerte, wie zum Beispiel Off-Set-Größen aus der Kalibrierung oder der thermischen Verlagerung des Systems an die rotatorischen Antriebe, wobei diese Größen einen eher statischen Cha­ rakter aufweisen und nur sehr langsam verändert werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Rückkopplung der die Torsi­ onsistwerte repräsentierenden Parameter auf die Reglereingangsseite autonom, ohne die Bewegungssteuerung und/oder Regelung der Längenveränderungen der Streben zu beeinflussen. Hierzu wird für die Längenänderung der Streben ein kaskadenförmiges Steuerungskonzept verwendet, dem die Torsionskompensationsregelung autonom un­ tergeordnet ist.

Die eingangs genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Torsions­ kompensation in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem in den Streben auftretende, lastbedingte Torsionen erfaßt, mit Solltorsionen verglichen und die ermittelte Torsionsdifferenz durch Beaufschlagung der Torsionsantriebe ausgeregelt wird. Dieses Verfahren ermöglicht es, auf kostengünstige Weise die dynamische Steifig­ keit einer Tripod-Lagerungsvorrichtung und somit die Fertigungsgenauigkeit zu erhöhen, ohne daß hierdurch die Beweglichkeit der Vorrichtung beeinträchtigt würde.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Nachfol­ gend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in:

Fig. 1 eine räumliche Ansicht einer Tripod-Lagerungsvorrichtung nach der Erfin­ dung, und in

Fig. 2 den Torsionskompensationsregelkreis für die in Fig. 1 dargestellte Tripod- Lagerungsvorrichtung.

In Fig. 1 ist eine Tripod-Lagerungsvorrichtung mit einem Gestell 1 und einem relativ dazu bewegbaren Träger 2 dargestellt, die in ein Maschinenbett integriert und prinzipiell in einer Werkzeugmaschine, einem Handlingssystem oder einem Roboter verwendet werden kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist an dem Träger 2 eine Spindel 11 zur Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs, beispielsweise eines Bohrers oder Frä­ sers oder dergleichen angeordnet. Das Gestell 2 ist als räumliches Dreieck in Fach­ werkstruktur ausgebildet, an dessen Ecken jeweils ein Ring zur Lagerung eines Gelen­ kes vorgesehen ist. Die Fachwerkstruktur ist dabei so ausgestaltet, daß die Verbindun­ gen zwischen den Gelenkaufnahmeringen stets gleich lang sind. Die Gelenkaufnahme­ ringe liegen jeweils in einer eigenen Ebene, wobei jede der drei Ebenen zu den jeweils beiden anderen Ebenen im Raum senkrecht liegt, vorzugsweise jeweils unter einem Winkel von 90°.

Der Träger 2 ist als räumlicher Körper zur Aufnahme der bereits erwähnten Spindel 11 ausgebildet und besitzt in dem Ausführungsbeispiel eine kubische Form. Jeweils eine Seite des Trägers 2 ist zu einer Ebene der Gelenkaufnahmeringe des Gestells 1 hin ori­ entiert.

Der Träger 2 ist über drei Streben 3 an dem Gestell 1 abgestützt, wobei sämtliche Stre­ ben gleichartig ausgestaltet sind. Dies ermöglicht eine hohe Anzahl von Wiederholteilen und eine baukastenartige System-Struktur. Jede Strebe 3 ist über ein erstes, gestellsei­ tiges Gelenk 4 an dem Gestell 1 und über ein zweites, trägerseitiges Gelenk 5 an dem Träger 2 angekoppelt. Fig. 1 zeigt eine Ruhestellung der Tripod-Lagerungsvorrichtung. In dieser Ruhestellung befinden sich die Streben in einem torsionsfreien Zustand. Die Streben erstrecken sich dabei in die drei Raumrichtungen X, Y, Z, die ein Orthogonal­ system bilden. Sie sind jeweils in ihrer Längsrichtung, d. h. in Richtung ihrer Längsachse in ihrer Länge verstellbar, wobei hier Linearantriebe in Frage kommen, die zur Übertra­ gung von Torsionskräften geeignet sind. Beispielsweise können Hydraulikmotoren ver­ wendet werden, wobei der schwerere Zylinder auf der Gestellseite und die Kolbenstange auf der Trägerseite angeordnet wird.

Die Ankopplung der Streben 3 erfolgt, wie bereits erwähnt, über Gelenke 4, 5 mit jeweils zwei Freiheitsgraden. In dem dargestellten Ausführungbeispiel sind hierzu Kreuzgelenke gezeigt, die ein Schwenken um zwei senkrecht zu der Längsrichtung der jeweiligen Strebe 3 und zueinander stehende Achsen ausgebildet sind. Die gestellseitigen Gelenke 4 sind entsprechend den trägerseitigen Gelenken 5 ausgebildet. Da bei einer Längen­ veränderung der Streben diese in den gestellseitigen Gelenken 4 verschwenkt werden, werden die Massen der Zylinder der Streben 3 in den Gelenkaufnahmeringen des Ge­ stells 1 ausbalanciert, in dem die Zylinder durch die Gelenkaufnahmeringe hindurchver­ laufen.

Weiterhin ist jeder Strebe 3 ein Torsionsantrieb 6 zugeordnet, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen dem trägerseitigen Gelenk 5 und dem gestellseitigen Gelenk 4 an dem tägerseitigen Ende der jeweiligen Strebe 3 angeordnet ist. Der Torsi­ onsantrieb 6 kann auch zwischen dem Gestell 1 und dem gestellseitigen Gelenk 4 oder zwischen dem Träger 2 und dem trägerseitigen Gelenk 5 angeordnet werden.

Der Torsionsantrieb 6 ist als rotatorische Antriebsvorrichtung für kleine Wege mit hoher Antriebsgeschwindigkeit ausgebildet. Er weist überdies im Vergleich zu dem Längsan­ trieb der Streben eine erheblich geringere Masse auf, woraus insgesamt eine hohe Grenzfrequenz der Antriebsanordnung resultiert, die eine schnelle Ausregelung von an den Streben auftretenden, unerwünschten Torsionen infolge eines Bearbeitungsvorgan­ ges ermöglicht. Überdies können neben solchen Abweichungen auch Fertigungstoleran­ zen der Lagerung des Trägers bzw. der Spindel 11 sowie thermische Verformungen der gesamten Parallelstruktur unter Zugrundelegung eines thermischen Modells derselben ausgeglichen werden.

Fig. 1 zeigt, wie bereits ausgeführt, die Tripod-Lagerungsvorrichtung in einer Ruhestel­ lung, bei der sich die Streben in den drei Raumrichtungen X, Y, Z senkrecht zueinander erstrecken. Da alle Streben gleichartig ausgebildet sind, ist in diesem Fall auch die Aus­ zugslänge für jede der Streben 3 gleich. Die Aufhängung über Gelenke 4, 5 mit jeweils zwei Gelenkfreiheitsgraden ermöglicht es, den Träger 2 in den drei translatorischen Raumrichtungen X, Y, Z orientierungstreu zu verlagern, so daß eine dreiachsige Bear­ beitung eines Werkstückes ermöglicht wird. Ein Verschwenken des Trägers 2 um eine der genannten Achsen X, Y, Z ist hierbei unerwünscht.

An den Streben 3 ist jeweils eine eigene Vorrichtung 7 zur Ermittlung einer Torsion der betreffenden Strebe um deren Längsachse vorgesehen. Wesentlich ist, daß die Mes­ sung im Kraftfluß erfolgt. Dies kann an geeigneten Stellen der Gelenke 4 und 5 sowie an dem Gestell 1 oder dem Träger 2 erfolgen. Diese Vorrichtung 7 erzeugt einen Befehl bzw. ein Signal, in Abhängigkeit dessen jeweils der Torsionsantrieb 6 der betreffenden Strebe 3 betätigt wird. Die Vorrichtung zur Ermittlung einer Torsion umfaßt einen nicht näher dargestellten Meßaufnehmer zur Erfassung des in einer Strebe wirkenden Mo­ ments. Hierzu kann beispielsweise ein Kraftaufnehmer bzw. Dehnungsmeßstreifen ver­ wendet werden. Weiterhin umfaßt die Vorrichtung 7 eine Auswertvorrichtung zur Ermitt­ lung der Torsion der Strebe aus dem erfaßten Moment sowie der bekannten und vorge­ gebenen Torsionssteifigkeit der Strebe 3. Die nicht dargestellte Auswertvorrichtung dient dabei als Mittel zur Umsetzung der Signale des Meßaufnehmers in für eine Regelvor­ richtung geeignete Parameter, die dann die in den Streben jeweils auftretenden Torsio­ nen repräsentieren. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann ein Teil der Vorrichtung 7, d. h. insbe­ sondere der Meßaufnehmer, unmittelbar an einer Strebe 3, hier vorzugsweise an dem Zylinder appliziert werden. Die Auswertvorrichtung wird vorzugsweise separat angeord­ net und kann beispielsweise in eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung 8 integriert wer­ den, die u. a. die Längenveränderung der Streben 3 zur Zustellung des Trägers 2 ge­ genüber dem Gestell 1 übernimmt.

In diese Steuer- und Regelvorrichtung 8 ist eine Torsionskompensationsregelvorrichtung 10 eingebunden, die einen Regler 9 sowie die Vorrichtung zur Ermittlung der Torsionen der Streben 3 umfaßt.

Die Torsionskompensationsregelvorrichtung 10 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, in ein kaskadenförmiges Steuerungskonzept der Steuer- und Regelvorrichtung 8 integriert, wobei die Rückkopplung des Torsionsmeßsignals aus den Streben 3 auf eine Stell­ größe für die Torsionsantriebe 6 autonom, d. h. unabhängig von der übergeordneten Steuerung bzw. Regelung der Längsveränderungen der Streben 3 erfolgt. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird dem Regler 9 eingangsseitig eine Regeldifferenz aufgeschaltet, die aus Parametern X_Soll, die die Torsionssollwerte der Streben repräsentieren, und Pa­ rametern X_ist, die von der Torsionsermittlungsvorrichtung 7 erzeugte Torsionsistwerte repräsentieren, gebildet. Die Parameter X_Soll, die die Torsionssollwerte repräsentie­ ren, werden aus der Steuer- und Regelvorrichtung 8 abgezweigt. Diese Größe ändert sich während des Betriebs des Systems in der Praxis kaum, da die entsprechenden Werte für die einzelnen Streben zur Vermeidung einer Verschwenkung des Trägers 2 bzw. der Hauptspindel 11 theoretisch konstant bleiben sollen. Lediglich fertigungsbe­ dingte und thermisch bedingte Offsetwerte können zeitlich geringfügig schwanken. Diese Größen besitzen jedoch eher einen statischen Charakter und ändern sich nur sehr langsam.

Die während des Betriebs aus den Reaktionskräften resultierenden Torsionen treten als Störgrößen Z in dem System im Bereich der Regelstrecke, d. h. der Struktur der Streben 3 auf und führen zu Torsionswinkeln zwischen dem gestellseitigen Gelenk 4 und dem trägerseitigen Gelenk 5 in Form eines Differenzwinkels ϕ_ist. Dieser Torsi­ onswinkel wird unmittelbar, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittelbar, durch die Vorrichtungen 7 zur Ermittlung der Torsionen der Streben 3 erfaßt. Konkret lassen sich beispielsweise mit Hilfe von Kraftaufnehmern oder Dehnungsmeßstreifen die in der Strebenstruktur auftretenden Kräfte bzw. Momente erfassen. Da die Geometrie und damit die Torsionssteifigkeit der Streben 3 bekannt sind, können mit Hilfe der nicht dargestellten Auswerterschaltung anhand der Kraftgrößen und der Informatio­ nen über die Strebenstruktur Verschiebungsgrößen ermittelt werden, die in für die Torsionskompensationsregelvorrichtung 10 geeignete, die Torsionsistwerte repräsen­ tierende Parameter X_ist umgerechnet werden. Diese Parameter werden auf die ent­ sprechenden Torsionssollwert-Parameter zurückgeführt.

Die Regelung kann sowohl analog als auch digital erfolgen. Die von dem Regler 9 er­ zeugten Stellgrößen werden schließlich den Torsionsantrieben 6 aufgeschaltet, zur Kompensation von Verlagerungen der Hauptspindel, die während des Betriebs der Vorrichtung kontinuierlich durchgeführt wird. Bei einem Ausfall der Torsionskompen­ sationsregelvorrichtung 10 kann aufgrund der autonomen Ausbildung in der Steuer- und Regelungsvorrichtung 8 die Tripod-Lagerungsvorrichtung in herkömmlicher Wei­ se ohne Torsionskompensation weiter betrieben werden.

Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Torsionskompensationsregelungs­ vorrichtung 10 sei angenommen, daß an der Spindel 11 bzw. dem Träger 2 eine Kraft in Richtung der in Fig. 1 horizontalen linken Strebe angreife. Hierdurch wird in dieser linken Strebe eine Gegenkraft erzeugt. In der rechten Strebe hingegen wird ein Drehmoment erzeugt. Wird die Kraft in den Streben gemessen, kann durch die translatorische Hauptbewegung der linken Strebe die Verschiebung der Hauptspindel, die aufgrund der Kraft und der damit verbundenen Federwirkung in dieser Strebe er­ zeugt wird, kompensiert werden. Ohne Hybridantrieb, d. h. ohne Zuschaltung der Torsionsantriebe könnte die Verdrehung der rechten Strebe, die aufgrund des Drehmomentes und der damit verbundenen Torsionsfederwirkung entsteht, nicht kompensiert werden. Der hybride Antrieb dreht die Hauptspindel entgegen dem wir­ kenden Drehmoment in der Strebe wieder zurück in ihre senkrechte Lage.

In Abwandlung von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann an dem Träger anstelle einer Hauptspindel auch eine Greiferkonstruktion für einen Roboter oder eine Laserbearbeitungsvorrichtung vorgesehen werden.

Claims (14)

1. Tripod-Lagerungsvorrichtung mit einem feststehenden Gestell (1) und einem re­ lativ dazu bewegbaren Träger (2), die über drei in ihrer Länge verstellbare Streben (3) miteinander verbunden sind, wobei jede Strebe (3) an dem Gestell (1) und an dem Trä­ ger (2) über je ein Gelenk (4, 5) mit zwei Drehfreiheitsgraden angekoppelt ist, und mit einer Torsionskompensationsregelvorrichtung (10), die mit den einzelnen Streben (3) jeweils zugeordneten Torsionsantrieben (6) zusammenwirkt, zum Verdrehen des träger­ seitigen Gelenks der betreffenden Strebe relativ zu dem gestellseitigen Gelenk dieser Strebe um deren Längsachse zur Ausregelung von in den Streben (3) auftretenden Tor­ sionen.

2. Tripod-Lagerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsantrieb (6) zwischen dem trägerseitigen Gelenk (5) und dem gestellseitigen Gelenk (4) angeordnet ist.

3. Tripod-Lagerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Torsionsantrieb (6) an dem trägerseitigen Ende der Strebe (3) angeordnet ist.

4. Tripod-Lagerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Torsionsantrieb (6) als rotatorische Antriebsvorrichtung für klei­ ne Wege mit hoher Antriebsgeschwindigkeit ausgebildet ist.

5. Tripod-Lagerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gelenke (4, 5) als Kreuzgelenke ausgebildet sind.

6. Tripod-Lagerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einer Ruhestellung des Trägers die Streben (3) in den drei Raumrichtungen (X, Y, Z) senkrecht zueinander angeordnet sind.

7. Tripod-Lagerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß alle Streben (3) gleichartig ausgebildet sind.

8. Tripod-Lagerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Träger (2) an den Streben (3) im Raum orientierungstreu gela­ gert ist.

9. Tripod-Lagerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an den Streben (3) jeweils eine Vorrichtung (7) zur Ermittlung einer Torsion der beteffenden Strebe an deren Längsachse vorgesehen ist zur Erzeugung eines Signals, in Abhängigkeit dessen jeweils der Torsionsantrieb (6) der betreffenden Strebe betätigt wird.

10. Tripod-Lagerungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (7) zur Ermittlung einer Torsion einen Meßaufnehmer zur Erfassung des in einer Strebe wirkenden Moments umfaßt, sowie eine Auswertvorrichtung zur Ermitt­ lung der Torsion der Strebe aus dem erfaßten Moment sowie der vorgegebenen Torsi­ onssteifigkeit der Strebe.

11. Tripod-Lagerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung (8) zur Längenverände­ rung der Streben eine Torsionskompensationsregelvorrichtung (10) integriert ist, die ei­ nen Regler (9) sowie Vorrichtungen (7) zur Ermittlung der Torsionen der Streben um­ faßt, wobei dem Regler (9) eingangsseitig eine Regeldifferenz aufgeschaltet ist, die aus Parametern (X_Soll), die die Torsionssollwerte repräsentieren, und Parametern (X_ist), die von der Torsionsermittlungsvorrichtung erzeugten Torsionsistwerte repräsentieren, ge­ bildet ist, und der Reglerausgang auf die Torsionsantriebe (6) geschaltet ist.

12. Tripod-Lagerungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rückkopplung der die Torsionsistwerte repräsentierenden Parameter (X_ist) auf die Reglereingangsseite autonom erfolgt, ohne die Bewegungssteuerung und/oder -regelung (8) der Längenveränderung der Streben (3) zu beeinflussen.

13. Verfahren zur Torsionskompensation in einer Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 12, bei dem in den Streben (3) auftretende, lastbedingte Torsionen erfaßt, mit Solltorsionen verglichen und die ermittelte Torsionsdifferenz (X_Ist, X_Soll) durch Beauf­ schlagung der Torsionsantriebe ausgeregelt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren während des Betriebes der Vorrichtung kontinuierlich on-line durchgeführt wird.