用于檢查數(shù)控機(jī)床定位精度的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】用于檢查數(shù)控機(jī)床定位精度的方法和系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及用于檢查數(shù)控機(jī)床，尤其是具有機(jī)床工具頭和機(jī)床工作臺(tái)的龍門機(jī)床，定位精度的方法和系統(tǒng)。在數(shù)控(CNC)機(jī)床中，機(jī)械加工或處理的部件被安裝到數(shù)控機(jī)床的機(jī)床工作臺(tái)上。計(jì)算機(jī)程序控制機(jī)床工具頭關(guān)于機(jī)床工具頭到特定位置或沿著機(jī)械加工或處理操作執(zhí)行的特定路徑的移動(dòng)。
[0002]鑒于不同的誤差源(如，制造公差，錯(cuò)位等)，機(jī)床工具頭通常會(huì)到達(dá)或移動(dòng)到偏離依據(jù)CNC程序或控制的理論的(理想的)位置的一個(gè)位置。這種情況下，會(huì)出現(xiàn)位移或定位誤差。潛在誤差有時(shí)被分類成靜態(tài)或動(dòng)態(tài)定位誤差，其中，靜態(tài)定位誤差由機(jī)械的幾何結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)硬度等導(dǎo)致的，而動(dòng)態(tài)誤差則是基于伺服參數(shù)，加速度等。
[0003]為了糾正或補(bǔ)償定位或位移誤差，首先，應(yīng)當(dāng)測(cè)量或確定這些誤差?，F(xiàn)有技術(shù)提供了不同的使用激光追蹤儀或干涉儀伸縮球棒(telescoping ball bar)的誤差測(cè)量方法。
[0004]根據(jù)數(shù)控機(jī)床的幾何結(jié)構(gòu)和/或尺寸，這些傳統(tǒng)方法并不總是適合的。例如，在大型機(jī)床的情況下，在不同的位置，由于安裝在機(jī)床工具頭處的反射器距離激光源太遠(yuǎn)，使得無(wú)法進(jìn)行可靠位置確定。鑒于此，存在對(duì)確定數(shù)控機(jī)床定位精度的改進(jìn)的方法和系統(tǒng)的需求，特別是，對(duì)于大型機(jī)床。
[0005]因此，本發(fā)明提供了根據(jù)權(quán)利要求1的方法，根據(jù)權(quán)利要求11的裝置以及根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)。
[0006]尤其是，提供了一種確定數(shù)控機(jī)床定位誤差的方法，機(jī)床具有機(jī)床工具頭和機(jī)床工作臺(tái)，使用X，y，z(笛卡爾)坐標(biāo)系，其中，z坐標(biāo)是垂直于機(jī)床工作臺(tái)表面的坐標(biāo)，該方法包括如下步驟:
[0007]a)在機(jī)床工作臺(tái)上排列多個(gè)容器，其中，這些容器相互流體連接以形成連通容器系統(tǒng)，其中，連通容器系統(tǒng)注滿液體；
[0008]b)在機(jī)床工具頭安裝距離傳感器；
[0009 ] c)將機(jī)床工具頭定位到垂直于容器中的一個(gè)的液體表面的位置；
[0010]d)將距離傳感器接近液體的表面并確定距離傳感器接觸液體表面的z坐標(biāo)，
[0011]或，
[0012]對(duì)于機(jī)床工具頭的預(yù)確定的z坐標(biāo)，確定距離傳感器和液體表面間的距離；
[0013]其中，對(duì)于每個(gè)容器重復(fù)步驟c)和d)以確定相應(yīng)的液體表面的z坐標(biāo)。
[0014]該方法可用于許多不同的數(shù)控機(jī)床的幾何結(jié)構(gòu)和/或尺寸的z方向上定位或幾何精度的確定。機(jī)床工具頭被移動(dòng)到對(duì)應(yīng)多個(gè)容器中的一個(gè)的位置的X-y位置。這種情況下，傳感器被放置于所述容器中的液體的表面上(由數(shù)控機(jī)床控制給出的高度或Z坐標(biāo))，允許液體表面高度或水平面的確定?？梢砸苑墙佑|的方式執(zhí)行這種確定，如，通過(guò)測(cè)量距離傳感器或機(jī)床工具頭與液體表面間的距離。作為替代方案，液體表面可從上方而被接近(如，沿著Z軸方向)，直到傳感器接觸到液體表面。由于容器的排列形成了連通容器系統(tǒng)，所有容器的液體表面的高度或Z坐標(biāo)是相同的。因而，理論上或理想情況下，對(duì)于所有容器，數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)確定的Z坐標(biāo)應(yīng)當(dāng)是相同的。因此，一個(gè)容器到另一個(gè)容器的Z坐標(biāo)的任何偏離或偏差允許定位精度和z方向的定位誤差的確定。
[0015]由在所有x-y位置上具有相同水平面的連通容器給出的“參考系統(tǒng)”允許使用通常意義上的不精確數(shù)控機(jī)床以測(cè)量和確定其自身和固有的誤差。通過(guò)對(duì)每個(gè)容器重復(fù)步驟c)和d)，可獲得在不同容器位置的液體表面的z坐標(biāo)的地圖。
[0016]數(shù)控機(jī)床可為龍門機(jī)床。
[0017]不同類型的距離傳感器是可能的。例如，距離傳感器可為非接觸距離傳感器。特別是，可為激光距離傳感器，微波距離傳感器或雷達(dá)距離傳感器。這些傳感器，例如，通過(guò)飛行時(shí)間測(cè)量可快速和精確的確定傳感器和/或機(jī)床工具頭與液體表面間的距離。對(duì)于這些情況，優(yōu)選的，所使用的液體是電磁波反射的。例如，當(dāng)使用激光距離傳感器，液體可為對(duì)于激光來(lái)說(shuō)是非透明的。
[0018]作為替代方案，在步驟a)，液體是電解質(zhì)溶液，以及電極元件，稱為容器電極，與每個(gè)容器的電解質(zhì)溶液相接觸地放置;在步驟b)，距離傳感器包含電極元件，稱為工具頭電極，該工具頭電極被安裝在機(jī)床工具頭，其中，工具頭電極的材料與容器電極的材料不同；步驟c)包括將工具頭電極接近容器中電解質(zhì)溶液的表面；以及步驟d)包括通過(guò)或經(jīng)由確定工具頭電極和相應(yīng)容器電極間的電勢(shì)差來(lái)確定工具頭電極接觸的溶液表面的z坐標(biāo)。
[0019]換言之，本發(fā)明提供了一種確定數(shù)控機(jī)床定位誤差的方法，機(jī)床具有機(jī)床工具頭和機(jī)床工作臺(tái)，使用x，y，z(笛卡爾)坐標(biāo)系，其中，z坐標(biāo)是垂直于機(jī)床工作臺(tái)表面的坐標(biāo)，該方法包括如下步驟:
[0020]a)在機(jī)床工作臺(tái)上排列多個(gè)容器，其中，這些容器相互流體連接以形成連通容器系統(tǒng)，其中，連通容器系統(tǒng)注滿電解質(zhì)溶液，以及其中電極元件，稱為容器電極，與每個(gè)容器的電解質(zhì)溶液相接觸地放置；
[0021]b)將電極元件，稱為工具頭電極，安裝到機(jī)床工具頭，其中，工具頭電極的材料與容器電極的材料不同；
[0022]c)將工具頭電極接近容器中的電解質(zhì)溶液的表面；
[0023]d)通過(guò)或經(jīng)由確定工具頭電極和相應(yīng)容器電極間的電勢(shì)差來(lái)確定工具頭電極接觸的溶液表面的z坐標(biāo)；
[0024]其中，對(duì)于每個(gè)容器重復(fù)步驟c)和d)以確定相應(yīng)的溶液表面的z坐標(biāo)。
[0025]依據(jù)該替代方案，工具頭電極從上方(如，沿著z軸方向)接近無(wú)蓋容器中的電解質(zhì)溶液的表面。由于使用不同的電極，如，不同材料的電極，一旦工具頭電極接觸到電解質(zhì)溶液就會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，類似于伽凡尼電池的情況。這使得系統(tǒng)可以在高精度上確定電解質(zhì)溶液表面的z坐標(biāo)。
[0026]電解質(zhì)溶液可為鹽溶液。
[0027]每個(gè)容器電極可被放置和/或排列以使其可被電解質(zhì)溶液浸濕。例如，電極元件，容器電極，可被放置在每個(gè)容器內(nèi)。作為替代方案，每個(gè)容器電極可被內(nèi)嵌到容器壁中(但與電解質(zhì)溶液接觸)或可從容器外側(cè)刺入容器壁。作為進(jìn)一步的替代方案，容器電極可被作為容器側(cè)壁或底部的部件，例如，作為容器的基本部件。
[0028]步驟c)和步驟d)可包括在從接近溶液表面直到超過(guò)預(yù)確定的電勢(shì)差閾值時(shí)，周期性和/或連續(xù)性地確定電勢(shì)差。該規(guī)律的和/或連續(xù)的電勢(shì)差檢測(cè)可以非常精確地確定電勢(shì)何時(shí)接觸到電解質(zhì)溶液表面。當(dāng)容器電極接觸到溶液表面時(shí)，將出現(xiàn)電勢(shì)差的突增。通過(guò)提供預(yù)確定的閾值，測(cè)量過(guò)程期間的噪聲可被可靠的忽略。
[0029]在此描述的方法中，在步驟d)中，一旦電勢(shì)差的增加，特別是超過(guò)預(yù)確定的電勢(shì)差，可被確定，可立即終止接近。
[0030]簡(jiǎn)單起見(jiàn)，“電勢(shì)差”可指的是測(cè)量到的電勢(shì)差的絕對(duì)值，以避免任何由于符號(hào)導(dǎo)致的復(fù)雜化。
[0031]該種立即終止減少了時(shí)間消耗并加速了整個(gè)方法。電勢(shì)差的確定可包含電勢(shì)差測(cè)量設(shè)備。數(shù)控機(jī)床的控制可周期性和/或連續(xù)性輪詢或抽樣檢查電勢(shì)差測(cè)量設(shè)備以確定電勢(shì)差的增加，特別是超過(guò)預(yù)確定的閾值，是否已經(jīng)發(fā)生，隨后停止信號(hào)發(fā)送到車床工具頭驅(qū)動(dòng)部件?？扇〈?，電勢(shì)差測(cè)量設(shè)備可被配置以自動(dòng)向數(shù)控機(jī)床發(fā)送與檢測(cè)到的電勢(shì)差相關(guān)的指示信號(hào)。該指示信號(hào)可被周期性的發(fā)送或僅在檢測(cè)到電勢(shì)差增加，特別是超過(guò)預(yù)確定閾值的情況下發(fā)送。指示信號(hào)可包含確定的電勢(shì)差和/或(僅)預(yù)確定閾值已被超過(guò)的指不O
[0032]可以恒定的速度接近表面，尤其是，直到估計(jì)的溶液表面的水平面之上的預(yù)確定距離。例如，速度可在2毫米/分鐘到20毫米/分鐘之間。
[0033]容器電極可為金屬電極，如，鋁制電極。工具頭電極可包含防水材料。在面向溶液表面的一側(cè)，工具頭電極可具有尖端形狀;可具有球狀和/或圓錐狀。工具頭電極可為石墨電極，銅電極或銀電極。
[0034]防水或疏水電極，如石墨電極，的使用，具有避免或至少減少測(cè)量中的失真或誤差(例如，由于一些當(dāng)接近溶液表面時(shí)的毛細(xì)效應(yīng)和/或由于溶液的液滴粘附在工具頭電極上導(dǎo)致的)的優(yōu)點(diǎn)。
[0035]每個(gè)容器電極和工具頭電極可電連接到電勢(shì)差測(cè)量設(shè)備，例如，電壓表?？商鎿Q的，每個(gè)容器電極可電連接到機(jī)床工作臺(tái)的電氣接地。
[0036]上述方法的步驟c)和d)可自動(dòng)執(zhí)行，特別是，經(jīng)由數(shù)控機(jī)床相應(yīng)程序。例如，容器的x-y位置以及估計(jì)的液體，特別是電解質(zhì)溶液，的表面的高度和水平面以及容器間的移動(dòng)路徑可被在編程進(jìn)數(shù)控機(jī)床。這使得可有效執(zhí)行所述檢測(cè)定位精度的方法。
[0037]上述方法的步驟a)可包括:
[0038]將光發(fā)射器安裝到機(jī)床工具頭；<