用于测量、补偿和测试数控机床头和/或工作台的系统和方法技术方案

公开一种系统和方法，自动操作并且与数字控制系统成一体，针对测量、补偿和测试数控机床头（１）和／或工作台。该系统包括：至少一个配备多个距离检测器（１４）的一个支撑基座（１１）；至少一个包括一个延长的圆柱（１７）的计量工具类型的装置（１６），该圆柱（１７）的一个未端配备针对所说的头（１）的连接装置（１８）而另一相反的未端配备一个球状物（２０），其中该球状物（２０）紧靠所说的检测器（１４）放置，以使检测器（１４）总是能够在任何位置测量它们距该球状物（２０）的分隔距离，并且因此确定在该笛卡尔空间中的位置。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

System and method for measuring, compensating, and testing a numerically controlled machine tool head and / or table

A system and method is disclosed that automatically operates and integrates with a digital control system for measuring, compensating, and testing a numerically controlled machine head (1) and / or a workbench. The system includes at least one equipped with multiple distance detector (14) a support base (11); at least one includes an elongated cylindrical device (17) measurement tool type (16), the cylinder (17) a terminal equipped with against said head (1) connecting device (18) and the opposite end is equipped with a ball (20), wherein the ball (20) close to the said detector (14) placed, so that the detector (14) is always able to measure them in any position away from the ball (20) distance apart therefore, and determining the position in Cartesian space.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于测量、补偿和测试数控机床的旋转头和/或工作台的方法，以及涉及这种方法的硬件和软件系统。在下面描述和示出的本专利技术是用于机器头，但是显而易见的是，由于包括了笛卡尔参考系统转换，所以在此描述和示出的各个方面都能够类似地应用到具有头+工作台的系统或达到相同创造性和优点的仅具有机床工作台的系统。数控机床的旋转头(下面称为″头″)是通过一个数控(CNC)的机床轴。这些头是以一个或两个旋转自由度共同配备的。毫无疑问地被认为包括在本专利技术范围中的对这种结构的可能的变化是其中该旋动的旋转头被部分或整个地在旋转工作台上分解。下面将被描述的硬件系统将实现以自动处理测量足以的值，使得测量方法和软件能够处理该机器此部分的补偿和测试。术语″头的几何测量″意味着几何头误差的测量。这些误差是由部件的不正确的实现或由部件的重量所造成的一个不正确的部件装配产生的。下面还将说明这些出错类型的更详细的分类。术语″头装置的补偿″意味着在数控中的测量误差的软件校正。如前面提到的那样，下面将给出一个误差分类，并且根据该分类给出相关的软件补偿算法。该补偿进一步包括一个测量软件和一个补偿软件。该测量软件实现执行和处理该测量数据，而该补偿软件执行测量和处理误差的校正。术语″头的自动处理″意味着一系列通过该硬件系统的自动机械移动，收集测量软件处理的测量来产生补偿软件输入数据。术语″头的动态测试″意味着包括旋转头轴的机械移动的动态响应的测量。通常，这些测试将指出″这些轴的″抽动″和″波动″问题。目前，虽然存在人工或半自动几何测量处理，但是没有用于头的动态测试系统首先对于本专利技术的目的来说，那些人工或半自动的几何测量处理不是集成在数控中的系统，并且不能实现任意地适合执行测量必须考虑的误差模型的复杂性的自由度。目前提供测量系统使用的几何测量包括诸如十进位或千进位的比较器，以及诸如鉴定矩形、控制柱面的人为模拟(artefact)(通称为″计量工具″)等。在已经装配并且重复地定位上述人为模拟之后，测量操作器利用一系列公知的人工操作来处置该测量值。该半自动处理主要地使用数字感测器装置(例如见Renishaw系统MP10)和一个参考人为模拟(主要是一个球状物)。从而以测量处理而有可能获得能够以手动系统测量的部分值。由于将被执行的测量数量和由这些已知技术产生的定时过长并且烦琐，所以这些已知技术的主要问题是使得它们与数控集成的困难以及使用复杂补偿模型的不便利。如能够从附图说明图1的示意图中看到的那样，这种应用的局限之一是不是所有的必要测量和/或针对几何头的测量的变量都能够被自动地测量。在图1中可见，在以相互旋转移动地配备两个部件3和5以及管茎7的头1的轴和基准笛卡尔轴之间的平行性检查是通过紧靠管茎7放置的一个测量仪(通常称为″计量工具″)9执行。此类操作的局限本质上在于采用的测量系统和随后的受限的测量处理。本专利技术的目的是解决现有技术中的缺陷，提供一种用于测量、补偿和测试数控机床头的系统和方法，实现获得下列的创新a)一种仪器，以及为此仪器使用的方法，用于自动地执行把这种系统集成到数控中的几何测量；b)增加这种测量的复杂性的机会，以便描述更复杂的头的误差，但总是具有相对于该已有技术而言大大降低的测量执行时间；c)使用这种仪器用于动态测试；d)使用已知的校正系统来执行测量误差的补偿。如在独立权利要求中公开的系统和方法达到的本专利技术的上述和其它目的将从下列描述中变得显见。从属权利要求中公开了本专利技术的最佳实施例和非同一般的变化。下面将参考包括的附图更好地描述提供作为非限制实例的一些优选实施例来描述本专利技术，其中-图1是表示已有技术中的轴正交测量步骤的示意图；-图2A至2D是本专利技术系统的一个实施例的支撑基座11部分的示意图；-图3是本专利技术系统的一个实施例计量工具部分的侧视图；-图4A至4C是具有相关几何模型的本专利技术系统的头的一个实施例的示意图；-图5A至5C是具有相关几何模型的本专利技术系统的头的另一个实施例的示意图；-图6是根据本专利技术的系统实施例的示意图；-图7A至7C是示出该被测的量的方式的示意图；-图8A至8C是表示图2A至2D的支撑基座的移动的示意图；-图9是表示本专利技术系统的一个应用示例的示意图；-图10至13是图9实例中的进一步的步骤的示意图；-图14A和14B是表示本专利技术系统的一个进一步应用示例的示意图；-图15是表示本专利技术系统的某些操作定位的透视图；-图16是表示章动器头的示意图；-图17至21是本专利技术系统的移动的示意图；和-图22到24是表示本专利技术的头模型的动作的矢量曲线。参考附图，其示出本专利技术的系统的非限制的最佳实施例。在此是作为应用到测量、补偿和测试数控机床头1来描述该系统，但是显然能够发现对于在参考系统中需要完自动地操作、目标位置的正确和可靠测量的任何领域的有效和高效率的应用。参考附图，尤其参考图2至5，用于测量、补偿和测试数控机床头1和/或工作台的系统实际包括至少一个配备多个距离检测器14的一个支撑基座11；至少一个包括一个延长的圆柱17的计量工具类型的装置16；该圆柱17在其一端配备有用于该头1的连接装置18而在另一相对端配备有一种球状物20，该球状物20紧靠检测器14放置，使得检测器14总是能够在任何位置测量距该球状物20的距离。具体地说，该支撑基座11可以是圆形状的，并且最好配备有三个在基座适当的位置互相120°地放置的距离传感器14。相反，连接装置18是锥形的，而且该头1被用于在它们的移动部分3、5之一中容纳该连接装置18以便在测量期间不可移动地与之连接。根据图6所示，本专利技术的系统操作地耦合到处理装置30，该处理装置30包括用于执行能够被模型化的测量误差处理的装置31、用于执行不能被模型化的测量误差处理的装置32和用于执行动态校验的装置33。此外，头1是操作地与测试和控制装置34耦合，测试和控制装置34也包括用于执行能够被模型化的错误补偿处理的装置35、和用于执行不能被模型化的差错补偿处理的装置36。根据理想地示出该工具梢端的该计量工具16的球状物20的定位误差的测量，能够获得两种可能的处理1)该头1已经被通过使用动态补偿而移动(其错误能够被模型化)。随后该CNC认为已经保持该球状物20中心不移动(在CNC系统中这类移动通用称为带有启动的RTCP的移动)。该误差测量能够使用下列可选方案之一来执行a)由支撑基座11的检测器14提供的值能够被转变成该计量工具16的球状物20的实坐标。该球状物20的理论坐标和实坐标之间的差值表示该测量误差。b)支撑基座11的检测器14提供的值可用于校正该机器线性轴的位置，以便把该球状物20复回到检测器14提供该初始值的点。以此方式，球状物20将不被移动，否则该线性轴将执行关于该CNC根据当前动态补偿强到该轴的一个附加移动。这样的校正就是测量误差。2)该头的控制将不使用任何在该CNC中的动态补偿。通过前面列举的处理b)，校正该线性轴的位置以便把该球状物20复回至该检测器14提供初始值的点。这种引入的移动表示用于计算目的的间接误差测量。就这样的误差检测机制而言，通过能够容易和迅速执行某些变换的软件，支撑基座11利用检测器14提供该计量工具16的该球状物20的位置。检测该球状物20的位置的过程在本专业中是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量、补偿和测试数控机床头（１）和／或工作台的系统，其特征在于它包括：至少一个配备多个距离检测器（１４）的一个支撑基座（１１）；至少一个包括一个延长的圆柱（１７）的计量工具类型的装置（１６），所说的圆柱（１７）的一个 未端配备针对所说的头（１）的连接装置（１８）而另一相反的未端配备一个球状物（２０），所说的球状物（２０）紧靠所说的检测器（１４）放置，以使检测器（１４）总是能够在任何位置测量它们距所说的球状物（２０）的分隔距离。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱塞佩莫尔菲诺，
申请(专利权)人：弗迪亚有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]