機床校準方法

專利名稱：機床校準方法
技術領域：
發明涉及機床，特別涉及校準車床諸如車床、銑車床(mill-turn machine)等的方法。
背景技術：
車床是已知的。在常用車床上，工件保持在卡盤中高速旋轉。然后，切削工具接觸 旋轉工件，切削或“車削”工件形成希望的形狀。銑車床，可以認為是車床的一種變形，也是已知的。這種車床包括旋轉卡盤以保持 工件，并且還具有用于旋轉切削工具的裝置。然后工件和標準車床上一樣進行車削和/或 可以使用旋轉工具在工件上銑削特征。銑車床還可以具有回轉頭，以允許切削工具從不同 方向接觸工件。在操作車床、銑車床以及類似物時，通常需要確定工件旋轉軸線(即所謂的中心 線)。這是因為切入工件的任何特征的尺寸都是由切削工具相對于車床中心線的位置確定 的。已知有許多手工獲取車床中心線的方法。例如，可以使用度盤式指示器。但是，現 在越來越希望自動校準車床并自動進行切削操作，以使車床停機時間最少，并增加機加工 部件的生產率。EP0283486描述了利用裝載到車床的工具保持件中的碰觸式觸發測量探針確定卡 盤旋轉軸線的各種方法。具體來說，EP0283486描述了這種碰觸式觸發探針如何通過測量 工件上徑向對置的點的位置來估算保持在車床卡盤中的工件的旋轉軸線。在EP0283486的 一個實施例中，描述了如何進行工件的犧牲性切削并測量切削特征的徑向對置點來獲取中 心線。但是，在工件上進行試探性切削并不總是可行，而且這種切削過程耗費的時間可能令 人無法接受。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種改進的校準車床諸如車床、銑車床等的方法。根據本發明第一方面，提供了一種將機床的第一可旋轉部分的旋轉軸線位置作為 沿著機床平移軸線的位移的函數來確定第一可旋轉部分的旋轉軸線位置的方法，所述第一 可旋轉部分具有與其相關聯的第一特征，其特征在于所述方法包括以下步驟(A)利用以下方法確定第一可旋轉部分的旋轉軸線的位置(i)使用測量探針確定第一特征的位置，(ii)將第一可旋轉部分轉過一定角度，(iii)利用所述測量探針確定第一特征的新位置，以及
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(iv)利用步驟(i)和(iii)中確定的位置測量值計算第一可旋轉部分的旋轉軸線 的位置；(B)沿著所述平移軸線平移測量探針和第一可旋轉部分至少之一；和(C)重復步驟(A)以確定第一可旋轉部分的旋轉軸線的另外的位置。因此，本發明利用了作為車床的第一可旋轉部分的一部分或者連接到該第一可旋 轉部分并相對于所述第一可旋轉部分具有固定(通常未知)位置的第一特征。所述第一 特征可以是任何可以由探針測量其位置的特征，例如，可以包括凸臺、立柱、基準球(datum sphere)等。用來測量該特征的位置的測量探針可以是接觸式探針(例如，碰觸式觸發探 針)或非接觸式探針。在所述可旋轉部分位于兩個(或多個)不同旋轉取向時，利用測量 探針來確定第一特征相對于車床主體的位置，能精確確定車床的第一可旋轉部分的旋轉軸 線(所謂的C軸或車床中心線)。因此，本發明的方法能在不切削工件的情況下獲得車床的真實中心線(C軸)。此 外，還發現本發明的方法不會遭遇測量卡盤或工件的兩個不同特征時可能發生的誤差。具 體來說，本發明的方法可以用來獲取車床的真實中心線，而并不依賴于假設一對特征離中 心線距離相等。本發明因此可以看做是對EP0283486所述技術的改進。本方法的優勢還在于，可以以完全自動的方式進行，因此可以比手工設定技術 (例如，利用度盤式指示器)明顯更快地進行。本方法還可以(例如在部件之間)相對快速 地進行，以允許進行車床常規校準，從而減少使用中與中心線位置變化相關的加工誤差。應該注意，本文中“車床”限定了具有可以保持工件的第一可旋轉部分的車床，并 且該第一可旋轉部分布置地能讓切削工具在工件旋轉的同時接觸工件，即，該車床是工件 可以“被車削”的車床。車床因此包括傳統車床或銑車床。車床還可以包括切削過程中工 件可以旋轉的銑床(milling machine)或加工中心。車床可以具有任意取向的C軸，例如 該車床可以具有基本上水平或基本上垂直取向的C軸。車床還可以包括可以根據需要相對 于該車床重新定向的第一可旋轉部分，例如，該車床可以是C軸取向可以相對于固定工具 進行調節的加工中心(例如，可以包括5軸加工中心，其中保持工件的卡盤可以回轉)。但 是，應該注意，車床顯著不同于工件被切削時工件始終保持靜止的基本銑床。便于使用的是，步驟(ii)包括旋轉第一可旋轉部分經過180°。應該注意，這里 限定了幾何特征，從而第一可旋轉部分在車床的X-Y平面內旋轉，并且旋轉運動的C軸名義 上與車床Z軸對準，當然應該注意，C可能如下所述那樣并不總是與ζ軸精確對準。利用這 種坐標幾何關系，步驟(i)和(iii)的測量值各自給出了一對x，Y坐標。因此，中心線位置 (X和Y)是兩個測量得到的X和Y位置的中點。技術人員應該明白，根據需要，可以使用不 同的坐標幾何關系進行位置測量。此外，步驟(ii)可以包括將所述第一可旋轉部分轉過任 意角度。例如，根據需要，第一可旋轉部分可以轉過小于180°，小于90°或大于90°或者 大于180°。對于特定種類的車床而言，諸如大型車床，測量探針可能僅有有限的可達性。這會 限制本方法步驟(ii)過程中可用的最大角度步進變化。步驟(ii)因此可以包括旋轉所述 第一可旋轉部分經過小于180°的角度或旋轉不超過90°。具有優勢的是，該方法可以包 括初始步驟確定第一可旋轉部分的旋轉軸線在第一車床軸線上的位置。這種初始步驟可 以包括如以下詳細說明的那樣，在第一車床軸線假設中心線的任意一側進行測量。第一車床軸線例如可以是X軸，而初始步驟則可以包括確定X軸中心線。具有優勢的是，步驟(i) 可以包括將第一可旋轉部分定向，以使第一特征基本上位于所述第一車床軸線上。這樣，可 以獲取車床中心線的位置(例如，X和Y兩者)。具有優勢的是，車床包括工具保持件，步驟(i)和(iii)中用來確定所述第一特征 的位置的測量探針由該工具保持件保持。工具保持件可以保持一個或多個切削工具或工具 附件(諸如測量探針)。工具保持件優選可以相對于車床的第一可旋轉部分(例如，沿著 χ，y和ζ)移動，并還提供本方法步驟(i)和(iii)的位置信息。因此，工具保持件允許工 具或附件接觸工件，并向車床控制器輸出工具位置信息。通常，工具保持件布置成使得切削 工具和工具附件能夠自動互換。便于使用的是，工具保持件包括用于保持工具或工具附件的第二可旋轉部分。因 此，車床可以包括除車削工件之外還可以銑削所述工件的所謂的銑車床。銑車床通常具有 包括可旋轉部分的頭部和允許工具(例如，切削工具和銑削工具)和工具附件(例如，測 量探針)根據需要裝載到第二可旋轉部分的自動工具更換器。具有優勢的是，步驟(i)和 (iii)中用來確定所述第一特征的位置的測量探針由所述第二可旋轉部分保持。所述方法 可以方便地包括將第二可旋轉部分(以及測量探針)轉過一定角度的步驟。第二可旋轉部分具有優勢地由回轉頭承載，該回轉頭可以圍繞至少一個軸線(“B 軸”)旋轉。回轉頭還可以承載一個或多個額外的可旋轉部分，用來承載額外的工具或工具 附件。因此，該方法可以利用通常稱為回轉頭銑車床的車床來實施。這種車床具有可以旋 轉從而在第一可旋轉部分的旋轉軸線和第二可旋轉部分的旋轉軸線之間引入傾角的回轉 頭，即圍繞B軸旋轉改變A軸和C軸之間的夾角。A軸通常來說，在B軸處于0°轉角時，名 義上與C軸對準。如上所述，這種回轉頭可以沿著X，y和ζ移動，并且還可以旋轉，從而允 許工具或工具附件以不同的取向接觸工件，這樣增大了工件上可以車削或銑削的特征的范 圍。所述方法可以方便地應用于第一可旋轉部分可以圍繞軸線回轉或相對于該軸線 傾斜的車床。例如，第一可旋轉部分可以由托架承載，該托架可以移動，以改變第一可旋轉 部分相對于位置固定的第二可旋轉部分的傾角。與回轉頭車床一樣，這種車床還在第一可 旋轉部分的旋轉軸線和第二可旋轉部分的旋轉軸線之間引入了傾角。該方法還可以適用于 同時具有回轉頭和可以圍繞一個或多個軸回轉或相對于其傾斜的第一可旋轉部分的車床。具有優勢的是，步驟(i)至(iii)是在回轉頭的第二可旋轉部分的旋轉軸線布置 地基本上平行于第一可旋轉部分的旋轉軸線的情況下(即，B = 0° )進行的。這樣，可以 在回轉頭處于B = 0°取向的情況下，相對于第二可旋轉部分的A軸確定第一可旋轉部分 (例如，卡盤)的C軸的位置。優選，所述方法包括將第二可旋轉部分轉過一定角度。這樣可以具有優勢地用于 獲取任意觸針偏移量或類似值。具有優勢的是，步驟(ii)可以包括將第二可旋轉部分轉過 一定角度的步驟。這樣，在測量過程當中，可以旋轉第一可旋轉部分和第二可旋轉部分兩 者，第一可旋轉部分和第二可旋轉部分的旋轉量優選相同，但是根據需要也可以不同。第一 和第二可旋轉部分可以一起旋轉，或根據需要依次轉動。具有優勢的是，步驟(ii)和(iii)重復一次或多次。這樣，在第一可旋轉部分以 及根據需要第二可旋轉部分旋轉到許多不同取向的情況下，獲得第一特征的位置的許多測量值。便于使用的是，步驟(i)是在第一和第二可旋轉部分取向為0°的情況下進行的， 步驟(ii)包括將第一和第二可旋轉部分轉過90°，而步驟(ii)和(iii)執行4次。因此， 所述方法可以初始處于A軸和C軸都為0°。然后，所述方法在以下軸向旋轉的情況下獲得 第一特征的(x，y)位置的 4 個測量值(A = 0° ,C = O0 )、(A = 90°，C = 90° )、(A = 180°，C =180° )和(A = 270°，C = 270° )。應該注意，雖然第一和第二可旋轉部分可以按照上述方式一起旋轉，但是技術人 員應該明白，可以使用該方法的多種變形方法。例如，步驟(i)可以包括在第二可旋轉部分 處于兩個或多個旋轉取向的每一個取向的情況下，確定所述特征的位置的步驟，和/或步 驟(iii)可以包括在第二可旋轉部分處于兩個或多個旋轉取向的每一個取向的情況下，確 定所述特征的位置的步驟。具有優勢的是，步驟(i)包括將第一可旋轉部分的取向設定為0°，并在第二可旋 轉部分處于0°和180°的情況下，測量第一特征的位置，步驟(ii)包括將第一可旋轉部分 轉過180°，而步驟(iii)包括在第二可旋轉部分處于0°和180°的情況下測量第一特征 的位置。然后，所述方法在以下軸向旋轉的情況下，給出第一特征的位置(x，y)的4個測量 值(A = 0°，C = 0° )、(A=180°，C = 0° )、(A = 0°，C = 180° )和(A = 180°， C = 180° )。所述方法具有優勢地包括額外的步驟確定第一可旋轉部分和第二可旋轉部分的 旋轉軸線的相對位移。如以下更為詳細地說明，可以從上述4組χ和y位置測量值中方便 地獲得A軸和C軸的這種相對位移。技術人員應該認識到，許多組其他不同的測量值也可 以產生有關軸對準情況的類似信息。根據本發明第二方面，提供了一種方法，該方法將第一可旋轉部分的旋轉軸線的 (例如，χ, y)位置作為沿著車床平移(例如，ζ)軸的位移的函數來確定第一可旋轉部分的 旋轉軸線的(例如，χ，y)位置，所述方法包括以下步驟(A)利用本發明第一方面的方法確定第一可旋轉部分的旋轉軸線的(X，y)位置，(B)沿著所述平移軸平移(沿著Z)測量探針和/或第一可旋轉部分；和(C)利用本發明第一方面的方法確定第一可旋轉部分的旋轉軸線的(X，y)位置。步驟(B)和(C)可以根據需要重復一次或多次。這樣，可以相對于ζ軸在兩個或 多個地點確定c軸位置。所述方法進一步包括步驟(D)利用步驟(A)和(C)獲得的測量 值確定第一可旋轉部分的旋轉軸線(所謂“C軸”)相對于車床軸線(例如，“ζ軸”)的角度 對準關系。另一類似方法也可以用于將第二可旋轉部分的旋轉軸線的(例如，x，y)位置作為 沿著車床平移軸(例如，ζ)的位移的函數來確定第二可旋轉部分的旋轉軸線的(例如，X, y)位置，所述方法包括以下步驟(A)利用本發明第一方面的方法確定第二可旋轉部分的旋轉軸線的(X，y)位置；(B)平移(沿著Z)測量探針，和(C)利用本發明第一方面的方法確定第二可旋轉部分的旋轉軸線的(X，y)位置。步驟(B)和(C)可以根據需要重復一次或多次。這樣，可以相對于ζ軸在兩個或 多個地點確定A軸的位置。所述方法進一步包括步驟(D)利用步驟(A)和(C)獲得的測量值確定第二可旋轉部分的旋轉軸線(所謂“A軸”)相對于車床平移(例如，橫向)軸線 (例如，“ζ軸”)的角度對準關系。對于具有第二可旋轉部分的車床而言，因此可以確定A和/或C軸相對于ζ軸的 對準關系。這樣允許校正這些軸的對準關系，或者讓車床自動校正工具位置，以防止切削過 程出現不希望的錐度。根據本發明第三方面，提供了一種對準回轉軸車床的方法，所述車床具有用于保 持工件的第一可旋轉部分和用于保持工具或工具附件的第二可旋轉部分，其中第一可旋轉 部分的旋轉軸線可以相對于第二可旋轉部分的旋轉軸線傾斜(例如，回轉)，并且第一可旋 轉部分具有與其相關聯的第二特征，所述方法包括以下步驟(a)設置回轉軸車床，其中已經利用本發明第一方面的方法確定了第一可旋轉部 分和第二可旋轉部分的旋轉軸線的相對位移；(b)利用第二可旋轉部分保持的測量探針確定第二特征的位置；和(c)改變第一可旋轉部分的旋轉軸線和第二可旋轉部分的旋轉軸線之間的傾角， 并重復步驟(b)。具有優勢的是，回轉軸車床包括其中第二可旋轉部分由回轉頭承載的回轉頭車 床，其中步驟(c)包括將回轉頭旋轉到不同(“B軸”)的取向并重復步驟(b)。擇一地或額 外地，第一可旋轉部分可以適配成相對于第二可旋轉部分回轉。根據需要，任何回轉可以圍 繞一個或多個軸。對于常用回轉頭車床而言，確定第二特征的位置所需的測量值在處于第一回轉頭 取向(例如，B = 0° )的情況進行測量。然后，該回轉頭回轉到第二取向(例如，B = 90° )， 此時測量探針再次用來測量確定第二特征的位置所需的測量值。也可以在回轉頭處于不同 B軸取向(例如，45° )的情況下，測量額外的測量值。應該注意，步驟(b)優選包括測量第二特征的x、y和ζ位置，因此可能需要利用測 量探針測量多個不同的測量值。利用這種測量值確定基準球精確中心的方法在以下更為詳 細地說明。此外，步驟(a)可以包括利用本發明第一方面的方法來確定第一可旋轉部分和 第二可旋轉部分的旋轉軸線的相對位移。因此，所述方法涉及在回轉頭或第一可旋轉部分回轉到許多不同取向的情況下， 確定第二特征的位置。在良好對準的車床中，第二特征的測量位置對于這些取向每一個取 向來說是相同的，但是平移誤差會引起這些測量結果出現偏差，從而導致工具位置誤差或 者所謂的工具偏移誤差。便于使用的是，所述方法包括確定第一可旋轉部分的旋轉軸線和第二可旋轉部分 的旋轉軸線之間的樞轉點位置(即，回轉軸位置)的步驟。具有優勢的是，所述方法還包括以下步驟將工具偏移誤差作為第一可旋轉部分 和第二可旋轉部分的旋轉軸線之間的相對傾角(回轉度)的函數來確定工具偏移誤差。在 回轉頭車床中，可以將工具偏移誤差作為回轉頭(B軸)取向的函數來測量工具偏移誤差。 換句話說，第二特征的位置的兩個測量值可以用來確定任意回轉頭(B軸)取向的工具偏移 誤差。如果工具偏移誤差如以下更為詳細說明的那樣隨著B軸取向而正弦變化，則兩個測 量值(例如，在B = 0°和B = 90° )可以外推以限定任意B軸取向的工具偏移誤差。便于使用的是，對于第二特征和第二可旋轉部分之間不同的位移重復步驟(b)。優
8選利用兩個或多個觸針尖端重復步驟(b)，每個觸針尖端具有距離第二可旋轉部分的不同 位移。步驟(b)可以具有優勢地利用多尖端探針或利用具有長度不同的觸針的兩個不同探 針來進行。便于使用的是，步驟(b)利用測量探針的觸針的桿部至少執行一次，以確定第二 特征的位置。這樣，可以對于兩種或多種長度的工具測量工具偏移誤差。所述方法可以方便地包括將工具偏移誤差作為第一可旋轉部分和第二可旋轉部 分的旋轉軸線之間的相對傾角(例如，回轉頭車床的B軸取向)以及工具長度的函數來確 定工具偏移誤差。這樣，可以在第一和第二可旋轉部分的旋轉軸線之間成任意傾角的情況 下，對于任意長度的工具計算工具偏移誤差。因此，本發明提供了一種在銑床或加工中心 中確定工具偏移誤差的自動化方法，并允許該車床精確并可重復地在工件上車削或銑削特 征。具有優勢的是，共同特征用于本發明第一方面的方法中所用的第一特征和本發明 第三方面的方法中所用的第二特征。換句話說，單個特征可以用來確定中心線(C軸)位置 以及與回轉頭關聯的任意平移(工具偏移)誤差。可以選擇的是，第一特征可以不同于第 二特征。第二特征優選包括基準球，例如第一可旋轉部分可以保持包括基準球的部件。可 以具有優勢地由包括兩個或多個基準球的桿部或軸來提供第二特征和/或第一特征。具有優勢的是，車床的第一可旋轉部分包括所述第一特征。換句話說，車床的第一 可旋轉部分可以具有形成在其上或連接于其上的適當特征。第一特征可以永久或暫時連接 到第一可旋轉部分。第一特征可以包括以下所述特征之一或多個孔、洞、凸臺、襯墊、凹坑 或塊。例如，卡盤可以在其周邊形成凸臺或孔。可以選擇的是，第一可旋轉部分可以保持 包括所述第一特征的部件。例如，第一可旋轉部分可以保持具有形成于其上或連接于其上 的第一特征的部件。所述部件可以方便地包括形成所述第一特征的凸起(例如，凸臺或立 柱)。具有優勢的是，前述方法還包括利用測量探針相對于第一可旋轉部分的旋轉軸線 的位置確定工具設定設備的位置的步驟。在工具設定設備(例如，由工具設定臂保持的工 具設定管)和中心線之間建立經過校準的聯系，允許切削工具相對于中心線精確定位。根據本發明第四方面，提供了自動化的車床設備，該設備適合進行編程來實施本 發明第一、第二和第三方面其中之一所述的方法。根據本發明又一方面，提供了用于控制車床的計算機程序，所述計算機程序使得 在裝載到適當車床的計算機控制器中的時候，所述車床適配成實施本發明第一、第二和第 三方面其中之一所述的方法。還可以具有優勢地提供包含這種計算機程序的車床可讀介質 (例如，光盤或軟盤)。根據本發明再一方面，提供一種車床，其具有用來保持工件的第一可旋轉部分，該 第一可旋轉部分具有與其相關聯的第一特征，其中所述車床包括車床控制器，布置該車床 控制器用于確定第一特征的位置，將所述第一可旋轉部分轉過一定角度，并確定第一特征 的新位置。具有優勢的是，所述控制器包括測量探針來確定第一特征的位置。具有優勢的 是，所述控制器進一步布置成利用所確定的位置信息來確定第一可旋轉部分的旋轉軸線 (所謂的“C軸”)的位置。還可以方便地設置這種車床來實施上述方法。雖然本文利用笛卡爾坐標系(即，參照相互正交的X、y和Z軸)描述位置信息，但 是應該注意，位置信息也可以利用不同的坐標系統(例如，利用極坐標)來表示。同樣，術語“A軸”、“B軸”和“C軸”也是為了方便而在本文中所用的簡稱，本領域技術人員以前也可 能利用不同的術語來描述這些旋轉軸線。使用這些術語不應看作是以任何方式對本發明范 圍進行限制。


參照附圖，以下僅作為示例來說明本發明，其中圖1示出了處于第一和第二取向的車床卡盤；圖2示出了兩個測量點以及車床中心線之間的幾何關系；圖3圖示了具有回轉頭的銑車床；圖4圖示了用來獲取A軸和C軸相對位置的幾何關系；圖5示出了用于獲取觸針相對于C軸的位置的幾何關系；圖6示出了具有處于回轉取向的頭部的銑車床；圖7示出了雙尖端觸針；圖8示出了具有回轉頭和工具設定臂的銑車床；圖9示出了由設定臂保持的工具管的對準關系；圖10示出了校準工具設定盤；圖11圖示了銑車床，其銑頭位于三個不同的位置；圖12圖示了主轉軸(C軸)與ζ軸不對準；圖13示出了雙校準球設備；圖14圖示了用于測量銑刀轉軸(A軸)與ζ軸的不對準關系的雙尖端探針；圖15圖示了用于大型車床的另一校準方法，在大型車床中，觸及卡盤受到限制；圖16示出了具有可傾斜的工作臺的銑車床；圖17示出了圖16所示設備的幾何特征；圖18示出了等同于圖16的回轉頭。
具體實施例方式參照圖1，示出了車床卡盤4的平面圖，帶有特征6。特征6可以是形成在卡盤內或 卡盤上的整體特征或可以形成在由該卡盤所保持的部件中。還示出了關聯的測量探針10， 例如EP0283486中所述的那種碰觸式觸發探針。這種探針通常可以安裝在車床(未示出) 工具保持件上并可以與一個或多個切削工具互換。卡盤4可以圍繞旋轉軸線8旋轉，該旋轉軸線通常稱為車床中心線或C軸。圖Ia圖示了處于第一取向的卡盤4，而圖Ib示出了卡盤4相對于第一取向轉過 180°的第二取向。如上所述，必須精確確定車床中心線(即，卡盤的旋轉軸線)，以保證可以將部件 精確地車削到所需的直徑。為了精確確定卡盤的旋轉軸線，因此確定隨后由卡盤保持的任 何工件的旋轉軸線，可以使用以下測量程序(a)測量探針10首先用來測量卡盤取向如圖Ia所示的情況下，特征6的x-y位置
(X1, Yi)。(b)然后將卡盤4轉過180° (見圖lb)。
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(c)然后利用測量探針10測量該特征的新χ-y位置(x2，y2)。如圖2所示，表示了參照圖1所述的測量位置(Xl，Y1)和(x2，I2)的幾何示意圖。 距離A是X1和X2之差的一半，而距離B是yi和y2之差的一半。因此，可以看出，可以從這 些測量值中方便地確定車床中心線8。一旦確定了車床中心線，就可以利用測量探針測量工具設定臂相對于車床中心線 的位置。這樣依次可以將工具相對于車床中心線精確定位。下面將針對銑車床30來描述上述校準技術的變體。圖3示出了銑車床30的側視圖。銑車床包括卡盤32 (可以圍繞C軸旋轉)和銑 頭36，卡盤32保持基準球34，銑頭36保持碰觸式觸發探針38。銑頭36布置成保持工具或 工具附件(諸如探針38)，并可以圍繞A軸旋轉該工具。銑頭36還可以圍繞B軸在y-z平 面內回轉。在銑車床中，必須相對于保持工具的銑頭36的部件的旋轉軸線獲取卡盤32的旋 轉軸線(即，C軸中心線)。在B軸設置地使銑頭處于水平位置(即，B = 0° )的情況下所執行的下述方法能 獲得A軸和C軸的相對x-y位置(i)C軸轉到0°，且A軸也轉到0°，然后利用探針38測量基準球的中心位置。(ii)C軸轉到90°，且A軸也轉到90°，然后利用探針38測量基準球的中心位置。(iii)C軸轉到180°，且A軸也轉到180°，然后利用探針38測量基準球的中心位置。(iv) C軸轉到270°，且A軸也轉到270°，然后利用探針38測量基準球的中心位置。步驟⑴和(iii)中測量值的中點給出了 A軸和C軸沿著X方向的相對位移。步 驟(ii)和(iv)中測量值的中點給出了 A軸和C軸沿著Y方向的相對位移。 參照圖4，將更為詳細地解釋利用上述計算值來確定A軸和C軸沿著X和Y方向的 相對位移。圖4a圖示了在A軸和C軸都處于0°旋轉角且銑頭A軸與C軸標稱對準的情況 下，A軸和C軸之間的X和Y偏移量(X。ff和Yoff)。C軸中心線的位置由C點表示，A軸中心 線的位置由A點表示。卡盤保持的基準球的中心從C軸中心線偏移了特定(固定)的距離， 因此基準球的位置由D點表示。同樣，探針的觸針球從A軸中心線偏移特定(固定)的距 離，因此，觸針尖端位置由S點表示。現在參照圖4b，再次示出了 A軸和C軸處于0°旋轉情況下，A軸和C軸的相對位 置。此外，所示的X1值表示標稱對準的觸針球位置S和基準球中心位置D之間的測量差值。 換句話說，X1值由參照圖3的上述測量步驟(i)確定。現在參照圖4c，示出了在A軸和C軸處于180°旋轉的情況下，A軸和C軸的相對 位置。也示出了基準球中心位置D和觸針球中心位置S的新(即，旋轉)位置。可以從圖 4c中看出，利用觸針測量的基準球中心位置給出了 X2值。換句話說，可以利用參照圖3的 上述測量步驟(iii)確定X2值。測量出X1和X2之后，可以利用下式給出χ軸的偏移量(X。ff)
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(la)類似的過程可以確定Y。ff的值。參照圖4d，示出了在A軸和C軸處于90°旋轉的 情況下，A軸和C軸的相對位置。利用觸針測量基準球中心位置給出Y1值。如圖4e所示， 在A軸和C軸處于270°的情況下進行類似測量給出TY2值。Y1值和Y2值是根據參照圖 3的上述測量步驟(ii)和(iv)確定的。測量出Y1值和Y2值之后，利用下式給出y軸偏移 量(Yoff)Yofr1^(Ib)以上述方式測量出Yoff值和Xoff值之后，就知道了 A軸和C軸的相對位置，即車床 A軸和C軸校準。除了確定A軸和C軸的相對位移之外，也可以確定觸針偏移量(即，探針尖端或觸 針距離C軸中心線的位移)。可以在利用上述方法確定A軸和C軸中心線的相對位移的操 作之前或之后來測量觸針偏移量。知道A軸和C軸相對位移以及觸針偏移量，能讓探針相 對于該(已知)C軸中心線進行位置測量。因此可以通過以下步驟確定觸針偏移量(Xst，Yst)(ν)保持C軸靜止，讓A軸轉到0°，測量基準球的X-Y位置；和(Vi)將A軸轉到180°，再次測量基準球的X-Y位置。然后從步驟(ν)和(Vi)的測量值的偏差的一半來確定觸針偏移量(Xst，Yst)。雖然上述方法為獲取A軸和C軸相對位置以及觸針偏移量提供了方便的途徑，但 是技術人員也應該認識到，許多組可以選擇的測量方案可以用來獲取C軸的(X，y)位置。 例如，可以使用以下方法(i)C軸旋轉到0°，且A軸也旋轉到0°。然后利用探針38測量基準球的中心的 (χ，y)位置。(ii)將C軸保持在0°，將A軸旋轉到180°。然后利用探針38測量基準球的中 心的(x，y)位置。(iii))將C軸軸旋轉到180°，將A軸旋轉到0°。然后利用探針38測量基準球 的中心的(x，y)位置。(iv))將C軸保持在180°，將A軸旋轉到180°。然后利用探針38測量基準球的 中心的(x,y)位置。步驟⑴和(ii)中獲得的測量值的中點用來提供C = 0°時的旋轉中心位置，而 步驟(iii)和(iv)中獲得的測量值的中點用于提供C= 180°時的旋轉中心位置。C = 0°和C= 180°的旋轉中心位置的中點則提供C軸旋轉中心位置。參照圖5，更為詳細地圖示了參照圖4所示的觸針偏移量測量值的幾何關系。圖5a示出了 A軸和C軸在0°旋轉時的位置，并示出了基準球D和觸針球S的位 置。也示出了將要測量的觸針偏移量(xst，Yst)。圖5b示出了 A軸和C軸在0°旋轉時的位置，并示出了上述方法的步驟(ν)的測 量過程中，基準球D和觸針球S之間的相對位移(ΧΛΥ/ )。圖5c圖示了在A軸處于0°和C軸旋轉到180°時的相對位置。還示出了上述方 法的步驟(vi)的測量過程中，基準球D和觸針球S之間的相對位移(X2’，Y2’)。
因此可以從下式確定觸針偏移量+x^(2a)
s' 2Fi=^iA(2b)現在參照圖6，示出了圖3所示回轉頭銑車床的銑頭轉過90° (S卩，B = 90°)。 如上所述，從已經測量了 A軸和C軸對準情況的水平位置將該銑頭部轉走，會引入特定的平
移誤差。用于校準B軸平移誤差的方法包括以下步驟(A)在B軸取向為用于確定A軸和C軸相對對準關系的情況下(在上述實例中B =0° )，利用長度為Ll的第一探針確定基準球的X、Y和Z位置。該第一探針應該與用來 確定A軸和C軸相對對準關系的探針的長度相同。(B)將B軸回轉頭轉動到垂直于卡盤旋轉軸線(S卩，在圖6中B = 90° )，并再次 利用該第一探針重新測量基準球的Y、Z和X位置。(C)在B軸處于0°的情況下，利用長度為L2(L2與Ll不同)的第二探針確定基 準球的X、Y和Z位置。(D)將B軸回轉頭旋轉到垂直，B = 90°，并再次利用第二探針重新測量基準球的 Υ、ζ和X位置。然后可以計算步驟㈧和⑶中利用長度為Ll的工具測量的基準球χ、y和ζ位 置差異或誤差，該誤差可以表示為(Xml，Yerrl, Zerrl) 0而步驟(C)和⑶中利用長度為L2 的工具測量的基準球X、y和Z位置差異或誤差表示為(Xm2，Yerr2' Zerr2)。利用兩個長度不同的工具獲得的誤差測量值，對于長度的平移誤差為
Xerr (每 mm) = Xefl2"Xerrl(3a)
L2 - L1
Yerr (每mm) = Hfrl( 3b )
L2 -L1
Zot(每mm) = ZglT2~Zerrl( 3c )
L2 -L1利用長度不同的兩個探針進行測量，能讓平移誤差外推回為零的工具長度(規 線)，從而能確定X、Y和Z的平移基準點(XMf，Yref，U。這樣能經由下述表達式確定任意 工具長度Ln的平移距離(X，Y和Ζ)X = Xref+(Ln · Xerr)(4a)Y = Yref+(Ln · Yerr)(4b)Z = Zref+(Ln · Zerr)(4c)假設平移誤差隨著B軸旋轉而正弦變化，則利用夾角的正弦值將平移距離應用于 B軸任意中間位置，其中在90°時正弦值等于1。雖然可以假設為正弦變化，但是也可以在 B軸中間轉角處進行額外的測量，用來提高精度。
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應該注意，雖然上述方法是針對回轉頭車床進行描述的，但是其同等地適用于銑頭位置固定且卡盤可以傾斜的車床。例如，車床可以包括保持卡盤的托架。雖然上述方法可以利用兩個長度不同的探針實現，但是該技術也可以采用如圖7 所示的其中觸針帶有兩個(或更多個)尖端的探針或者利用觸針桿上的兩個(或更多個)
點ο圖7圖示了具有軸71的多尖端觸針70，該軸在遠端承載第一觸針尖端72，并且還 承載第二觸針尖端(或環帶)74和第三觸針尖端(或環帶)76。第二和第三觸針尖端沿著 軸71彼此隔開。雖然這種觸針特別適合實施上述方法，但是其也可以用于許多替代的探測場合， 其中要求利用兩個或多個長度不同的探針進行測量。一旦利用一種或多種上述方法將車床或銑車床校準之后，然后可以設定工具設定 設備的位置。這種工具設定過程的一個實例現在將參照圖8至圖10進行說明。圖8示出了圖3所示類型的回轉頭銑車床。該銑車床包括能夠圍繞B軸轉動的銑 頭36，還包括可轉動的卡盤32和工具設定臂80。工具設定臂80承載已知類型的工具設定 管82。可以在承載探針38的銑頭36的B軸設置在90°然后將銑頭36的B軸設置在0° 的情況下，測量工具設定設備的(χ，y，ζ)位置，這兩種銑頭配置如圖8中36和36’分別顯 示。兩組位置測量值在(已知)車床轉軸(C軸)中心線和工具設定設備之間提供校準的 聯系。圖9示出了攜帶切削工具90的銑頭36，貼靠工具設定臂80的工具設定管82來測 量該切削工具。由于在車床轉軸(C軸)中心線和工具設定管82之間存在校準的聯系，所 以可以為工具90確定3軸(X，Y，Ζ)工具偏移量。該3軸偏移量將包含因工具切削點處車 床幾何形狀因素而產生的任何固有誤差。這樣就建立了工具切削邊緣和C軸中心線之間的校準聯系。該校準聯系保證了后 續疊加了 3軸偏移量而加工的任何特征都將在正確的位置被加工。以這種方式利用工具設定管提供工具邊緣位置校準的測量值，克服了與車床關聯 的任何垂直度誤差(squareness error)。例如，由于所謂的“垂直度誤差”，所以在IOOmm長 的短工具和230mm長的轉軸探針之間存在0. Imm的位置誤差并不是什么特殊情況。參照圖10(a)，示出“混合”工具設定盤100包含測量旋轉插件邊緣的平臺102。該 盤也可以用來測量如圖10(b)所示的處于中間B軸位置的工具，這些成角度的工具可以是 銑刀、鉆頭等。一旦利用上述方法將銑車床校準后，就可以實施周期性的檢查，以保證仍然維持 這種對準情況，并獲得工具偏離誤差。參照圖11，示出連接基準球34的卡盤32。也示出了保持測量探針38的關聯的銑 頭36。銑頭36可以位于B = 90° (由銑頭36所示)、位于B = 45° (由銑頭36”所示) 或位于B = 0° (由銑頭36’所示)。對準情況檢查方法包括第一(垂直)探測程序，包括以下步驟(a)在C = 0°、A = 0°和B = 90°情況下，測量基準球YZ中心(Y1, Z1)。(b)在C = 0°、A = 180°和B = 90°情況下，測量基準球YZ中心(Y2，Z2)。
(c)在C = 0°、A = 180°和B = 90°情況下，利用前述確定的YZ中心值測量基 準球的X位置。前述確定的YZ中心值可以是以前對準情況檢查過程中測量的值或初始校 準過程中測量的值。(d)在C = 180°、A = 180°和B = 90°情況下，測量基準球的YZ中心(Y3, Z3)。(e)在C = 180°、A = 0°和B = 90°情況下，測量基準球的YZ中心(Y4，Z4)。(f)在C = 180°、A = 0°和B = 90°情況下，利用以前確定的YZ中心值測量基 準球的X位置。然后可以從步驟(a)、(b)、(c)和(d)獲得的測量值利用下式獲取精確的YZ中心Ycen = (((YfY2) /2) + ((Y3+Y4) /2)) /2(5a)Zcen = (((Z^Z2) /2) + ((Z3+Z4) /2)) /2(5b)精確的YZ中心可以用于更新球心距離中心線的位置(用于以下所述的水平探測 程序)并還可以用在任何后續對準情況檢查過程中。X軸工具偏移誤差也可以通過步驟(C) 和(f)中獲取的X位置值的平均值減去(已知)球直徑而得到。對準情況檢查方法還包括第二(水平)探測程序，包括以下步驟(a)在C = 0°、A = 0°和B = 0°情況下，測量基準球34的XY中心(X1, Y1)。(b)在C = 0°、A = 180°和B = 0°情況下，測量基準球34的XY中心(X2，Y2)。(c)在C = 180°、A = 180°和B = 0°情況下，測量基準球34的XY中心(X3， Y3)。(d)在C = 180°、A = 0°和B = 0°情況下，測量基準球34的XY中心(X4, Y4)。(e)在C = 180°、A = 0°和B = 0°情況下，利用以前確定的YZ中心值測量基 準球34的Z位置。在步驟(a)至(d)中獲取的XY值允許利用下式計算基準球34中心精確的X和Y 值Xcen = (((X^X2) /2) + ((X3+X4) /2)) /2(6a)Ycen = (((Y^Y2) /2) + ((Y3+Y4) /2)) /2(6b)Z軸工具偏移誤差也可以通過從上述步驟(e)測量的ζ位置減去(已知)球直徑 的一半而得到。除了上述垂直和水平測量之外，還可以在B軸處于45°的情況下進行測量，以檢 查Y方向的精確中心。該過程可以包括以下步驟(a)在C = 0°、A = 0°和B = 45°情況下，測量Y方向中心(Y1)。(b)在C = 0°、A=180°和B = 45°情況下，測量Y方向中心(Y2)。(c)在C =180°、A=180° 和 B = 45° 情況下，測量 Y 方向中心(Y3)。(d)在C =180°、A = 0°和B = 45°情況下，測量Y方向中心(Y4)。上述步驟(a)至(d)的測量值從以上方程(6b)產生Y方向的精確中心。參照圖12，將說明用于檢查主轉軸(即，C軸)相對于車床ζ軸軸向對準情況的方 法。具體來說，圖12示出了來連接有基準球34的卡盤32。也示出了保持測量探針38的關 聯銑頭36。該過程建立在沿著Z軸在兩個位置測量基準球34的X和Y位置的基礎上。在圖 11中，第二 Z軸位置由基準球34’示出。這兩個測量值允許C軸110相對于Z軸112形成任何非對準關系。這種非對準關系將會導致在需要簡單直徑(Plain diameter)的時候切 削成錐形，并因此認為對車床或銑車床生產的零件質量具有不良影響。對準過程的第一階段包括在基準球沿著ζ軸位于Z1位置的時候測量基準球的位 置。然后執行以下測量步驟(1)在C = 0°、A = 0°和B = 0°情況下，測量基準球34的XY中心(X1, Y1)。⑵在C = 0°、A = 180°和B = 0°情況下，測量基準球34的XY中心(X2，Y2)。(3)在C = 180°、A = 180°和B = 0°情況下，測量基準球34的XY中心(X3， Y3)。(4)在C = 180°、A = 0°和B = 0°情況下，測量基準球34的XY中心(X4, Y4)。然后利用上述式6計算該精確中心的X和Y值。 該方法的第二階段包括沿著ζ軸將基準球移動到如圖12所示的位置Z2。對于第 二基準球位置34’，重復上述步驟(1)至(4)，利用式6計算基準球34’的精確中心。從基準球位置34和34，( S卩，Z1和Z2)確定的精確中心位置之間的任何差異表示 C軸和ζ軸之間存在非對準關系。如果有必要，X和Y方向的非對準量可以利用三角函數進 行計算。與沿著ζ軸平移基準球不同，可以設置具有兩個隔開的基準球的基準設備。現在 參照圖13，示出了這種基準設備130。基準設備130包括第一基準球136和第二基準球138。 也示出了具有尖端140的關聯的測量探針38。應該注意，第二基準球138嚴格地說是局部 截掉的球體，但是這里為了方便也稱之為基準球。此外，如果有必要，可以沿著基準設備的 長度設置額外的基準球，即基準設備可以包括兩個或更多個沿著縱軸隔開的基準球。基準設備130可以取代圖12所示的單個基準球34。換句話說，基準設備130可以 保持在銑車床的卡盤32中。設置基準設備130允許以參照圖12所述的上述方式測量C軸 和ζ軸的對準情況，而不需要任何橫向(Z軸)移動卡盤。換句話說，可以利用測量探針38 測量基準設備130的兩個基準球的χ-y位置，而非在兩個不同的位置(例如,Z1和Z2)確定 單個基準球的x-y中心。參照圖14，將說明用于檢查銑車床的銑刀轉軸(S卩，A軸111)相對于所述車床的 ζ軸的對準情況。該方法建立在利用參照圖7所述那種類型的雙尖端觸針120的第一尖端 122和第二尖端124確定卡盤32保持的基準球34的X和Y位置的基礎之上。這兩個測量 值允許獲取A軸111相對于Z軸112的任何非對準關系。該方法涉及利用第一尖端122執行參照圖12所述的測量步驟(1)至(4)。這樣允 許在銑頭36沿著ζ軸位于第一位置的情況下，確定基準球34的精確中心。然后重復測量 步驟(1)至(4)，但是利用觸針的第二尖端(124)進行測量。這樣允許在銑頭36沿著ζ軸 位于第二位置的情況下，確定基準球34的精確中心。因此，在銑頭36處于第一和第二位置 的情況下，基準球測量位置X和Y之間的任何變化，提供了非對準情況的度量。作為使用雙尖端觸針120的替代方案，可以利用觸針的軸(即，不用尖端)來獲得 用于確定基準球(x，y)位置的一個或全部測量值。這種測量方式通常會涉及利用軸獲取第 一測量值，將觸針轉過180°，再一次利用觸針軸獲得第二測量值。兩個測量值的中點提供 (x，y)位置測量值。換句話說，可以利用標準觸針的桿部來確定基準球的(x，y)位置，從而 不需要提供長度不同的觸針或者多尖端觸針。
此外，在實施參照圖14所述的方法時，可以使用圖13所示那種基準設備130。則 該方法可以包括在探針處于不同(ζ軸)位置的情況下，利用關聯的測量探針的桿部來獲取 第二基準球138的(X，y)位置測量值。上述方法，尤其是參照圖1和2所述獲取車床中心線的方法，可以實施在目前所用 的大多數車床上。但是，一些車床(特別是大型車床)包括可達性受限的測量探針，即測量 探針僅可以在小于卡盤覆蓋區域的特定區域內移動。在這種情況下，可能無法測量相對于 中心線旋轉到徑向對置位置的特征的位置。但是，仍然可以利用以下參照圖15所述的方法 獲得該車床的中心線。參照圖15，將說明用于確定大型車床中心線150的方法。該車床包括可旋轉的轉 軸，該轉軸保持卡盤152，卡盤152具有連接到其外邊緣的基準球154。還在圖15中示出了 測量探針156，該測量探針裝載到該車床(未示出)的銑刀轉軸的工具保持件中。該方法包括以下步驟步驟1 參照圖15a，確定探針觸針偏移量。將車床的卡盤152取向使得基準球154 靠近C = 0°的位置來確定探針觸針偏移量。由圍繞A軸轉動的銑刀轉軸保持的測量探針 轉到A = 0°，并用于確定該球沿著χ和ζ方向的位置。然后將銑刀轉軸轉到A= 180°， 再次測量該球沿著χ和ζ方向的位置。觸針沿著χ和ζ的偏移量即為球中心位置兩個測量 值(g卩，A = 0°和A=180° )之間差值的一半。然后將銑刀轉軸轉回A = 0°。步驟1 中確定的觸針偏移量用于全部后續位置測量。步驟2 參照圖15b和15c，示出了用于將基準球154定心在名義X軸中心線153 上的方法。首先，測量探針156的觸針沿著X正方向從名義X軸中心線153移動一小段距離， 見圖15b。然后，沿著順時針方向轉動C軸，讓基準球154接觸并觸發測量探針156。記錄 C軸從名義X軸中心線153轉到探針觸發位置所經過的角度(C1)。其次，如圖15c所示，將測量探針移動到名義X軸中心線153另一側的一個位置。 在這種配置下，觸針離名義χ軸中心線的距離與圖15b中相同，且位于與圖15b中相同的y 位置。然后沿著逆時針方向轉動C軸，讓基準球154觸發測量探針156。記錄C軸從名義χ 軸中心線153轉到探針觸發位置所經過的角度(C2)。然后將C軸零轉角位置(C = 0° )調節到轉角Cshift，其中(7)然后將C軸轉到新的C = 0°位置，以使基準球中心與名義X軸中心線153對準。步驟3 參照圖15d和15e，在名義X軸中心線153任一側獲取基準球的位置。如圖15d所示，卡盤首先順時針(從C = 0° )轉過已知角度θ (其中θ通常介 于30° -45°之間)以使基準球154處于第一位置(即，C= θ )。然后，利用測量探針156 測量基準球的位置(Xl，Y1)。參照圖15e，然后卡盤逆時針轉動，以使基準球位于離開名義χ軸中心線為_ θ的 角度(即，C = - θ )。然后利用測量探針156測量基準球的位置(x2，y2)。步驟4 確定步驟3中測量的Y軸位置yi和y2之間的差值。如果yi和y2之間的差值非常小(例如，如果其小于10 μ m)，則以下式給出χ軸中
在這種情況下，可以實施以下的步驟6，以確定中心線的位置(Υ。εη，Xcen)。如果71和72之間的差值較大(例如，如果大于10 μ m)，則表示名義中心線位置和 實際中心線位置之間存在顯著的偏差。在這種情況下，執行步驟5。步驟5 如圖15f所示，如果名義c軸中心160沿著χ和y方向相對于實際c軸中 心162偏離量明顯，則會導致測量值yi和y2之間的差值明顯。這樣會導致在以下步驟6中 計算的乙 和值存在誤差。為了克服這種誤差，可以調節C軸旋轉對準情況。換句話說，可以將C = 0°的位 置調節一個角度(Φ)，其中^arctani^'"^2^(9)
U^l ~Χ2)\調節C = 0°位置之后，重復步驟3和4，以重新測量(Xl，yi)和(x2，y2)，從而經由 方程(8)提供新的χ軸中點值(Xmid)。步驟6 —旦獲得(X1, Y1), (x2, y2)和Xmid值之后，就可以確定C軸旋轉中心的位
直(Xcen，Ycen)。如圖15g所示，是這樣實現的首先測量基準球在χ軸中心線上(即，C = 0° )的
位置(x3，y3)。然后轉動C軸，以使基準球位于離開χ軸中心線的位置，且測量其新位置(χ4， y4) °利用測量值(x3, y3)和(x4, y4)，由下式給出旋轉半徑(R)^((AI)2+(H)2)(10)
2(少3”4)利用方程(10)確定半徑(R)之后，由下式給出卡盤旋轉中心的位置或C軸位置
(γ γ )
1 cen^ ·Xcen = Xfflid(Ila)Ycen = y3-R(lib)如上所述，該方法的優勢在于，其可以用在車床中，諸如航空工業領域所用的非常 大型的車床中，此時測量探針所能達到的車床區域受到限制。此外，該方法不需要將部件裝 載到車床卡盤中，并且連接到卡盤周邊的基準球的連接方式不會干擾加工操作。雖然上述方法采用連接到卡盤的基準球，但是應該注意，可以替代性地使用可以 選擇的特征。實際上，該方法中可以使用任何在χ和y軸方向都可以測量的特征，例如所述 特征可以包括孔、洞、凸臺、襯墊、凹坑或塊。基準特征可以是車床卡盤的永久部件或者可以 形成在暫時連接到卡盤的部件中。 此外，雖然圖15示出了處于χ-y平面內的探針，但是應該注意，該方法還適用于利 用觸針取向處于x-y平面之外的探針。例如，探針可以為取向與χ-y平面成90°的探針，這 種情況下，基準特征(例如，基準球)可以布置成從卡盤表面伸出，而非從其周邊伸出。
還應該注意，參照圖15所述的方法可以適用于獲取任何可旋轉部分的中心線。例 如，不僅可以適用于獲取車床的中心線，而且也適用于獲取大型銑削車床中用來保持工件的工作臺等的旋轉中心。參照圖16，圖示了另外的銑車床。車床200包括工件承載工作臺部分202，校準球 206連接到該部分。測量探針204由工具臂(未示出)承載，且該裝置允許測量探針沿著 x、y和χ軸相對于工作臺部分202平移。雖然未示出，但是工具臂可以包括可旋轉部分(例 如，銑削轉軸)，以允許所述探針圍繞其縱軸線旋轉。工作臺部分202可以圍繞C軸旋轉。此外，工作臺部分202由托架承載，允許其在 yz平面內圍繞樞轉點傾斜，即工作臺部分可以圍繞文中稱為B’軸的軸線傾斜。圖16示出了傾斜到兩個不同位置的工作臺部分202，所述位置是B’ = -90°和B’ =0°的位置。為了獲取B’軸(S卩，樞轉點)在yz平面內的位置，可以進行以下測量過程⑴在B，= -90°和C = 0°的情況下，測量球206的位置。(ii)C軸轉過180° (如圖由虛線所示)并且再次測量球的位置(即，在B’ =-90°和C = 180°的情況下)。(ii)然后將B軸傾斜到B’ = 0°并在C = 180°的情況下測量所述球的位置。(iv)C軸轉過180° (如圖由虛線所示)并再次測量所述球的位置(即，在B’ = 0°和C = 0°的情況下)。額外地參照圖17中所示的車床的幾何示意圖，步驟⑴和(ii)中測量值的均值 給出了 B’ = -90°時位于C軸上的第一球點測量值(X1, Y1, Z1)。步驟(iii)和(iv)中測 量值的均值給出了 B’ = 0°時位于C軸上的第二球點測量值(X2，Y2, Z2)。Y1和Y2之間的差值給出了第一半徑值r10 Z1和Z2之間的差值給出了第二半徑值
Γ2 ο平均半徑值rtrae為Tme=^p-(12)B’軸位置的Y和Z值為Ypivot = YlTtrue(13a)Zpivot = ZlTtrue(13b)這樣，可以建立B’軸在YZ平面內的位置P。換句話說，可以獲得工作臺部分202 的YZ樞轉點。知道B’軸的樞轉點位置，允許對于B’軸的任意取向精確確定工作臺部分 202相對于測量探針204的位置。因此，可以對工作臺部分202的不同傾斜情況，對工具臂 位置進行適當的平移誤差校正。參照圖16和圖17所述的程序可以取代以上參照圖6和圖7所述利用長度不同的 兩個測量探針進行測量(或除此之外進行測量)。還應該注意，這種技術可以用于銑床而 不僅僅是銑車床。例如，該技術可以用于工件安裝在可傾斜工作臺上的銑床。參照圖16和 圖17所述的技術包括具有安裝在可傾斜工作臺上的卡盤的車床。但是，應該注意，類似的 技術可以用于如下所述的回轉頭銑車床。參照圖18，示出了具有卡盤232的車床，該卡盤可以圍繞C軸旋轉。校準球234由 卡盤承載，而測量探針236由回轉頭238承載。在該實例中，卡盤的C軸相對于車床固定， 而回轉頭238是可以圍繞A軸旋轉探針236(或工具等)的銑頭。回轉頭238還可以圍繞 B軸回轉。在圖18中，示出B = 0°和B = 90°取向的回轉頭。
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類似于上述方法，可以在B = 0°和B = 90°取向的情況下，讓測量探針236旋轉到A = o°和A = 180°來獲取校準球234的中心。這樣給出了測量頭上的點(X1, Y1, Z1) 和(X2，Y2，Z2)相對于(固定)的校準球234中心的位置。因此，圖17中的幾何關系還給出 了回轉頭238的樞轉點，即B軸的位置。同樣，知道B軸的位置，允許對于中間B軸取向消 除任何平移誤差。技術人員應該理解，以上實例代表了本發明的一般校準過程。在閱讀本說明書和 權利要求書之后，技術人員可以明白本文所述具體方法的許多種變形。
權利要求
一種將機床的第一可旋轉部分的旋轉軸線位置作為沿著機床平移軸線的位移的函數來確定第一可旋轉部分的旋轉軸線位置的方法，所述第一可旋轉部分具有與其相關聯的第一特征，其特征在于所述方法包括以下步驟(A)利用以下方法確定第一可旋轉部分的旋轉軸線的位置(i)使用測量探針確定第一特征的位置，(ii)將第一可旋轉部分轉過一定角度，(iii)利用所述測量探針確定第一特征的新位置，以及(iv)利用步驟(i)和(iii)中確定的位置測量值計算第一可旋轉部分的旋轉軸線的位置；(B)沿著所述平移軸線平移測量探針和第一可旋轉部分至少之一；和(C)重復步驟(A)以確定第一可旋轉部分的旋轉軸線的另外的位置。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(ii)包括將第一可旋轉部分旋轉 180°。
3.如權利要求1所述的方法，進一步包括步驟(D)利用步驟(A)和(C)的位置測量 值，確定第一可旋轉部分的旋轉軸線相對于車床軸線的角度對準關系。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(B)包括沿著機床的平移軸線平移所述 第一可旋轉部分。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述機床包括保持所述測量探針的第二可 旋轉部分，所述方法包括以下步驟確定所述第一可旋轉部分和所述第二可旋轉部分的旋 轉軸線的相對對準關系。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述機床包括回轉軸線，用于相對于所述第 二可旋轉部分的旋轉軸線傾斜所述第一可旋轉部分的旋轉軸線。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述測量探針包括觸針，所述觸針具有桿 部，所述桿部帶有兩個或多個尖端。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述測量探針包括觸針，所述觸針具有桿部 和尖端，所述方法包括利用所述桿部測量所述第一特征的位置的步驟。
9.如權利要求1-8中任意一項所述的方法，其特征在于，所述第一特征包括基準球。
10.一種將機床的第二可旋轉部分的旋轉軸線位置作為沿著機床平移軸線的位移的函 數來確定第二可旋轉部分的旋轉軸線位置的方法，所述第二可旋轉部分保持一測量探針， 其特征在于所述方法包括以下步驟(A)利用以下方法確定第二可旋轉部分的旋轉軸線的位置 (i)使用測量探針確定第一特征的位置，( )將第二可旋轉部分轉過一定角度，(iii)利用所述測量探針確定第一特征的位置，以及(iv)利用步驟(i)和(iii)中確定的位置測量值計算第二可旋轉部分的旋轉軸線的位置；(B)平移所述測量探針；和(C)重復步驟(A)以確定第二可旋轉部分的旋轉軸線的另外的位置。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，步驟(ii)包括將第二可旋轉部分旋轉180°。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述機床包括第一可旋轉部分，所述第一 可旋轉部分包括所述第一特征，所述方法包括以下步驟確定第一可旋轉部分和第二可旋 轉部分的旋轉軸線的相對對準關系。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述機床包括回轉軸線，用于相對于所述 第二可旋轉部分的旋轉軸線傾斜所述第一可旋轉部分的旋轉軸線。
14.如權利要求10-13中任意一項所述的方法，其特征在于，所述第一特征包括基準球。
15.一種觸針，其包括細長軸，其特征在于，所述觸針包括多個尖端，所述尖端沿著所述 軸間隔開。
16.一種校準機床的方法，所述機床具有第一可旋轉部分，所述第一可旋轉部分具有與 其相關聯的第一特征，其特征在于所述方法包括以下步驟(i)使用測量探針確定第一特征的位置；( )將第一可旋轉部分轉過一定角度；和(iii)利用所述測量探針確定所述第一特征的新位置。
全文摘要
描述了一種用于校準車床(30)的方法，所述車床具有第一可旋轉部分或卡盤(4，32，202)來保持工件。所述第一可旋轉部分(4，32，202)具有與其相關聯的第一特征。所述方法包括以下步驟利用測量探針(10，38，204，236)確定所述第一特征(6，34，206)的位置，將所述第一可旋轉部分(4，32，202)轉過一定角度，并利用所述測量探針(10，38，204，236)確定所述第一特征(6，34，206)的新位置。還描述了所述技術延伸到回轉頭銑車床(30)。
文檔編號G05B19/401GK101976057SQ201010547350
公開日2011年2月16日 申請日期2006年12月11日 優先權日2005年12月13日
發明者保羅·馬克斯特德, 克里斯托弗·雷·沃森, 戴維·羅伯茨·麥克默特里, 馬克·托馬斯·伯克利·桑德斯 申請人:瑞尼斯豪公司