專利名稱：測量數控機床的方法
技術領域：
本發明涉及一種采用測量球來測量數控機床的方法。
背景技術：
為符合現代機床高精度的要求，對加工過程中的單獨加工工件以及加工后整個機床的精確測量是絕對必要的，如此，在需要的時候一些可能的缺陷便可在早期檢測出來并采用相應的校正措施進行校正。在操作的周期之后，需要進一步的測量來檢測和分析這些單獨加工工件的磨損狀況和由不正確的加工所引起的缺陷。
為達到上述目的，已知的有多種測量方法，借助于可被特別的測量程序檢測出的例如樞軸長度、主軸頭或者圓形可轉動的松弛部分的軸之間的位移等。為在銑鉆床里實現單獨的測量操作，一種安裝在工作主軸里的傳感元件連同夾鉗在待測量的加工部，尤其是工件臺的磨光塊被使用。這種測量方法極其耗費時間并需要大量的校正和測量操作。
為測量銑床的旋轉軸，例如各種類型的銑頭，已知的有一種叫做FIDIA的測量系統，在其中用到了一種特別的校準和測量裝置。通過這種方式，對兩個圓軸的定位錯誤補償以及它們零點的自動檢測均可實現。另外，圓軸的旋轉平面關于線性軸的平行的檢查，以及延伸的體積補償也能實現。實現這種方法所需要的校準和測量裝置包括一個安裝在加工部例如加工臺的固定片，其進一步包括三個互成120°角的支桿，并使傳感元件以預定的傾斜角安置在支桿的頂端。一種包括圓柱軸和設于其自由端的測量球的測量工具安裝在機床的工作主軸里。所述測量球通過工作主軸的相應移動來定位，使得所有三個傳感元件與球體表面接觸。這種已知的測量方法由于需要相對復雜的校準和測量裝置也會帶來不菲的花費。
德國專利DE 3132383C描述了一種測試坐標測量裝置精確度的裝置和方法。兩個被加工具有高表面質量的測量球設置在共同輸送器上可調節的間距里，并且沿測量束設有孔。兩個球體之間距離的變化通過干涉儀裝置測量。兩個測量球之間的準確原始距離需要被知曉。兩個測量球之間的空間位置可被坐標測量裝置藉由多點采樣檢測到。控制計算機檢測和比較由激光干涉儀檢測的測量球之間的距離值，以及在球體采樣期間由坐標測量裝置測量的值。測量機床，尤其是圓軸，是不可能的。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于提供一種測量數控機床的方法，可快速、高精確地測量加工操作之前，如果需要在加工操作期間的各種加工工件，同時又只有很少的技術花費。
為解決上述技術問題，本發明提供一種采用測量球測量數控機床的方法，包括以下步驟將測量球安裝在加工部上；將安裝在機床上的傳感元件移動到選擇的初始位置；重復移動所述傳感元件，直到接觸到球體表面的不同點；根據獲得的測量值計算球體中心的空間位置；以及將計算出的球體中心空間位置與存儲在控制器中的目標值進行比較。
具有前述已知尺寸的測量球可以一種簡單的方式被定位在一個選擇的加工部，即通過將一帶有簡單構造例如以桿的形式的安裝裝置固定到測量球以及通過使用傳統夾鉗器具將所述安裝裝置安裝到加工部上。當測量球被安裝到加工部后，其位置可借助按慣常設計的安裝在待測量銑床的工作主軸上的傳感元件來測定。傳感元件移動到用戶估量的初始位置，即位于測量球頂點之上5到20毫米處。然后集成在機床的程序控制的測量程序開始啟動。當程序執行時，傳感元件重復移動，更優地以連續側面位移垂直移動，直到其接觸到測量球表面的不同點。所述表面點各自的位置被檢測到，根據公知的幾何關系其值被用來計算球體中心的空間位置。通過使用測量球作為測量實體，由于空間數據可通過基于球體固定的幾何關系的球體表面簡單的測量獲得，使得所需的測量操作大大簡化，相比于通常的二維測量方法，帶來了相當大的優點。按照本發明提供的方法，由于球體外表面與中心之間的預定幾何關系，例如，點的位置偏差不僅在水平面里可被檢測出，而且在垂直平面里也可被檢測出。
為單獨或共同檢測機床圓軸或者線性軸的位置偏差，本發明提供的方法通過移動各自的加工部實現，在球體中心的空間位置第一次測定之后，在加工部上藉由安裝裝置安裝測量球至一預定距離。在因此獲得的第二位置里，球體中心的空間位置通過從新位置的球體表面的點采樣再次得到測定。因為加工部移動的距離是已知的，在第一第二測量循環里測量的球體中心的空間位置可與相應的機床控制目標值進行比較以測定位置偏差。
為測量例如可樞轉的圓臺、加工部等的旋轉軸的空間位置，帶有測量球的加工部更適合地以預定的角度繞共同旋轉軸從第一測量位置旋轉到第二測量位置，球體中心的空間位置按上述方式在第一和第二測量位置得以測定。因為測量球本身及其安裝裝置的半徑均為已知，根據所述球體中心空間位置的兩個測量結果，各自軸的旋轉中心位置可精確計算出來。本方法對于分離式數控加工部尤其具有優勢，其在臺上的位置和定位借助于導致錯誤和繞主坐標軸的旋轉軸搖晃運動的溝槽石而被測定。
具有直接或偏置安裝裝置的校準球與各種類型的固定元件均可用在不同的實施方式中，還可被單獨安裝在每一機床類型。
按照本發明提供的方法采用校準球或測量球，由于旋轉中心不僅在圓軸的軸向上而且在僅一個測量球的徑向上均可精確的檢測出，使得機床的所有圓軸僅通過傳感元件即可測量。所述軸的旋轉中心借助于傳感元件可被精確測量。除對旋轉中心的測量之外，圓軸的搖晃運動也可按本發明提供的方法測量，擴展的測量程序使得可分離測量軸在兩個平面的搖晃運動。假如通常的具有C軸的銑鉆床，即數控圓臺，本發明提供的方法能進行水平測量，以使機床運動可被控制，即使在裝有大量工件的情況下。
本發明提供的方法一個重要的優點在于，通過各種適當的安裝裝置，測量球在空間上幾乎可以任意地安置在選擇的加工部上，且并不需要各個加工部的安裝裝置的精確位置。為將安裝裝置固定在加工部，磁性裝置可以被用來替代機械方式。
本發明提供的方法將結合以下附圖中所示實施方式進行詳細描述。
圖1是本發明測量加工部旋轉中心時的正視圖。
圖2是根據圖1的側視圖。
圖3是當測量球固定在一傾斜的安裝裝置上時實施本發明的示意圖。
圖4是測量水平旋轉軸時實施本發明的示意圖。
圖5是測量樞軸頭時實施本發明的示意圖。
圖6是測量可樞轉圓臺時實施本發明的示意圖。
具體實施例方式
請參照圖1所示，加工部1安裝在工件臺(未圖示)的任意位置。加工部1的旋轉中心P3待測定。為此目的，沿徑向固定地連接到錐形圓柱銷4的安裝裝置3通過例如磁力連接在轉動桿2。在所述銷4的一端設有以已知尺寸極為精確加工的測量球5。
在測量過程的初始階段，安裝在銑床工作主軸的傳感元件6移動到一初始位置，在此傳感元件6的頭部位于測量球5的頂點上方約10毫米處。主軸從初始位置垂直向下移動直到傳感元件6的頭部接觸到球體表面。由于球體的直徑是已知的，球體中心的空間位置P1可通過使用測量值計算出來。然后加工部的轉動桿2旋轉α角度，以使沿徑向排列的安裝裝置3、4于球體一起移動到圖1中虛線所示位置。在這個位置測量球5被傳感元件6再次取樣，基于測量值球體中心P2的空間位置得以測定。由于安裝裝置3、4的長度是已知的，旋轉中心P3可從檢測出的空間位置P1、P2得到測定。
請參照圖2所示的測量方式，在上述第一次測量操作后，轉動桿2上的安裝裝置沿軸向移動距離B，然后重復上述測量操作。以這種方式可檢測轉動桿2的搖晃。
請參照圖3-6所示實施方式，各自的測量以上述的方法進行。球體中心的空間位置通過對球體的重復采樣來檢測。獲得的測量值和計算得到的空間位置存儲在機床控制的特殊子程序中，其也實現各自需要的計算。
圖3-6所示的測量球可被連接到尺寸已知的各種類型的安裝裝置上。不同的加工部，特別是它們的旋轉中心的空間位置，能通過使用適當的安裝裝置以簡單的方式進行測量。根據圖1所示，安裝在可移動工件臺10上傾斜的安裝裝置3、4被用于測量球5。
按照圖4所示，測量球5的安裝裝置3、4藉由馬達偏心地安裝在可繞水平軸12旋轉的夾盤上。
按照圖5所示，采用了安裝在可繞垂直軸13旋轉的工件臺14上的彎曲安裝裝置3、4。
傳感元件安裝在工作主軸14上，其通過樞軸頭15可從圖中實線標示的水平位置樞轉到虛線標示的垂直位置。
請參照圖6所示，包括測量球的安裝裝置4安裝在藉由馬達可繞水平軸樞轉的圓臺17上。通過本發明提供的方法，圓臺的翻轉軸和穿過中心的旋轉軸均可被測量。
本發明提供的方法不需要另外分離的測量裝置，且甚至可由缺乏經驗的人員在極短時間內實施。本發明尤其具有優勢的是，機床可在例如用戶的房屋處測量，相當有利于生產者的檢查并能盡早地檢測出可能的缺陷。
權利要求
1.一種采用測量球測量數控機床的方法，包括以下步驟將測量球(5)安裝在加工部(2)上；將安裝在機床上的傳感元件(6)移動到選擇的初始位置；重復移動所述傳感元件(6)，直到接觸到球體表面的不同點；根據獲得的測量值計算球體中心的空間位置；以及將計算出的球體中心空間位置與存儲在控制器中的目標值進行比較。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述帶有測量球(5)的加工部(2)在球體中心空間位置的第一次測定后移動預定的距離(α，B)，藉由球體表面的點采樣對球體中心的位置再次測定，通過將在各自測量循環里檢測的球體中心的空間位置實際值與程序控制里的相應目標值進行比較，位置偏差即得以測定。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于為測量旋轉軸的空間位置，帶有測量球(5)的加工部(2)從第一測量位置樞轉α角度到第二測量位置。
全文摘要
本發明提供一種采用測量球來測量數控機床的方法。具有已知尺寸的測量球被安裝在加工部(2)上，有可能使用安裝裝置。安裝在機床的傳感元件移動到選擇的初始位置，在此其位于球體頂點上方約10毫米處。然后重復移動傳感元件直到其接觸到球體表面的不同點，所述接觸點的坐標值被輸入到控制器中。接著球體中心的空間位置被計算出來并于存儲在控制器的目標值進行比較。
文檔編號G01B5/00GK1824461SQ20061000314
公開日2006年8月30日 申請日期2006年2月20日 優先權日2005年2月22日
發明者馬澤爾·邁爾, 羅爾夫·凱特默爾 申請人:德克爾馬霍佛郎頓公司