专利名称：测量数控机床的方法
技术领域：
本发明涉及一种采用测量球来测量数控机床的方法。
背景技术：
为符合现代机床高精度的要求，对加工过程中的单独加工工件以及加工后整个机床的精确测量是绝对必要的，如此，在需要的时候一些可能的缺陷便可在早期检测出来并采用相应的校正措施进行校正。在操作的周期之后，需要进一步的测量来检测和分析这些单独加工工件的磨损状况和由不正确的加工所引起的缺陷。
为达到上述目的，已知的有多种测量方法，借助于可被特别的测量程序检测出的例如枢轴长度、主轴头或者圆形可转动的松弛部分的轴之间的位移等。为在铣钻床里实现单独的测量操作，一种安装在工作主轴里的传感元件连同夹钳在待测量的加工部，尤其是工件台的磨光块被使用。这种测量方法极其耗费时间并需要大量的校正和测量操作。
为测量铣床的旋转轴，例如各种类型的铣头，已知的有一种叫做FIDIA的测量系统，在其中用到了一种特别的校准和测量装置。通过这种方式，对两个圆轴的定位错误补偿以及它们零点的自动检测均可实现。另外，圆轴的旋转平面关于线性轴的平行的检查，以及延伸的体积补偿也能实现。实现这种方法所需要的校准和测量装置包括一个安装在加工部例如加工台的固定片，其进一步包括三个互成120°角的支杆，并使传感元件以预定的倾斜角安置在支杆的顶端。一种包括圆柱轴和设于其自由端的测量球的测量工具安装在机床的工作主轴里。所述测量球通过工作主轴的相应移动来定位，使得所有三个传感元件与球体表面接触。这种已知的测量方法由于需要相对复杂的校准和测量装置也会带来不菲的花费。
德国专利DE 3132383C描述了一种测试坐标测量装置精确度的装置和方法。两个被加工具有高表面质量的测量球设置在共同输送器上可调节的间距里，并且沿测量束设有孔。两个球体之间距离的变化通过干涉仪装置测量。两个测量球之间的准确原始距离需要被知晓。两个测量球之间的空间位置可被坐标测量装置藉由多点采样检测到。控制计算机检测和比较由激光干涉仪检测的测量球之间的距离值，以及在球体采样期间由坐标测量装置测量的值。测量机床，尤其是圆轴，是不可能的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种测量数控机床的方法，可快速、高精确地测量加工操作之前，如果需要在加工操作期间的各种加工工件，同时又只有很少的技术花费。
为解决上述技术问题，本发明提供一种采用测量球测量数控机床的方法，包括以下步骤将测量球安装在加工部上；将安装在机床上的传感元件移动到选择的初始位置；重复移动所述传感元件，直到接触到球体表面的不同点；根据获得的测量值计算球体中心的空间位置；以及将计算出的球体中心空间位置与存储在控制器中的目标值进行比较。
具有前述已知尺寸的测量球可以一种简单的方式被定位在一个选择的加工部，即通过将一带有简单构造例如以杆的形式的安装装置固定到测量球以及通过使用传统夹钳器具将所述安装装置安装到加工部上。当测量球被安装到加工部后，其位置可借助按惯常设计的安装在待测量铣床的工作主轴上的传感元件来测定。传感元件移动到用户估量的初始位置，即位于测量球顶点之上5到20毫米处。然后集成在机床的程序控制的测量程序开始启动。当程序执行时，传感元件重复移动，更优地以连续侧面位移垂直移动，直到其接触到测量球表面的不同点。所述表面点各自的位置被检测到，根据公知的几何关系其值被用来计算球体中心的空间位置。通过使用测量球作为测量实体，由于空间数据可通过基于球体固定的几何关系的球体表面简单的测量获得，使得所需的测量操作大大简化，相比于通常的二维测量方法，带来了相当大的优点。按照本发明提供的方法，由于球体外表面与中心之间的预定几何关系，例如，点的位置偏差不仅在水平面里可被检测出，而且在垂直平面里也可被检测出。
为单独或共同检测机床圆轴或者线性轴的位置偏差，本发明提供的方法通过移动各自的加工部实现，在球体中心的空间位置第一次测定之后，在加工部上藉由安装装置安装测量球至一预定距离。在因此获得的第二位置里，球体中心的空间位置通过从新位置的球体表面的点采样再次得到测定。因为加工部移动的距离是已知的，在第一第二测量循环里测量的球体中心的空间位置可与相应的机床控制目标值进行比较以测定位置偏差。
为测量例如可枢转的圆台、加工部等的旋转轴的空间位置，带有测量球的加工部更适合地以预定的角度绕共同旋转轴从第一测量位置旋转到第二测量位置，球体中心的空间位置按上述方式在第一和第二测量位置得以测定。因为测量球本身及其安装装置的半径均为已知，根据所述球体中心空间位置的两个测量结果，各自轴的旋转中心位置可精确计算出来。本方法对于分离式数控加工部尤其具有优势，其在台上的位置和定位借助于导致错误和绕主坐标轴的旋转轴摇晃运动的沟槽石而被测定。
具有直接或偏置安装装置的校准球与各种类型的固定元件均可用在不同的实施方式中，还可被单独安装在每一机床类型。
按照本发明提供的方法采用校准球或测量球，由于旋转中心不仅在圆轴的轴向上而且在仅一个测量球的径向上均可精确的检测出，使得机床的所有圆轴仅通过传感元件即可测量。所述轴的旋转中心借助于传感元件可被精确测量。除对旋转中心的测量之外，圆轴的摇晃运动也可按本发明提供的方法测量，扩展的测量程序使得可分离测量轴在两个平面的摇晃运动。假如通常的具有C轴的铣钻床，即数控圆台，本发明提供的方法能进行水平测量，以使机床运动可被控制，即使在装有大量工件的情况下。
本发明提供的方法一个重要的优点在于，通过各种适当的安装装置，测量球在空间上几乎可以任意地安置在选择的加工部上，且并不需要各个加工部的安装装置的精确位置。为将安装装置固定在加工部，磁性装置可以被用来替代机械方式。
本发明提供的方法将结合以下附图中所示实施方式进行详细描述。
图1是本发明测量加工部旋转中心时的正视图。
图2是根据图1的侧视图。
图3是当测量球固定在一倾斜的安装装置上时实施本发明的示意图。
图4是测量水平旋转轴时实施本发明的示意图。
图5是测量枢轴头时实施本发明的示意图。
图6是测量可枢转圆台时实施本发明的示意图。
具体实施例方式
请参照图1所示，加工部1安装在工件台(未图示)的任意位置。加工部1的旋转中心P3待测定。为此目的，沿径向固定地连接到锥形圆柱销4的安装装置3通过例如磁力连接在转动杆2。在所述销4的一端设有以已知尺寸极为精确加工的测量球5。
在测量过程的初始阶段，安装在铣床工作主轴的传感元件6移动到一初始位置，在此传感元件6的头部位于测量球5的顶点上方约10毫米处。主轴从初始位置垂直向下移动直到传感元件6的头部接触到球体表面。由于球体的直径是已知的，球体中心的空间位置P1可通过使用测量值计算出来。然后加工部的转动杆2旋转α角度，以使沿径向排列的安装装置3、4于球体一起移动到图1中虚线所示位置。在这个位置测量球5被传感元件6再次取样，基于测量值球体中心P2的空间位置得以测定。由于安装装置3、4的长度是已知的，旋转中心P3可从检测出的空间位置P1、P2得到测定。
请参照图2所示的测量方式，在上述第一次测量操作后，转动杆2上的安装装置沿轴向移动距离B，然后重复上述测量操作。以这种方式可检测转动杆2的摇晃。
请参照图3-6所示实施方式，各自的测量以上述的方法进行。球体中心的空间位置通过对球体的重复采样来检测。获得的测量值和计算得到的空间位置存储在机床控制的特殊子程序中，其也实现各自需要的计算。
图3-6所示的测量球可被连接到尺寸已知的各种类型的安装装置上。不同的加工部，特别是它们的旋转中心的空间位置，能通过使用适当的安装装置以简单的方式进行测量。根据图1所示，安装在可移动工件台10上倾斜的安装装置3、4被用于测量球5。
按照图4所示，测量球5的安装装置3、4藉由马达偏心地安装在可绕水平轴12旋转的夹盘上。
按照图5所示，采用了安装在可绕垂直轴13旋转的工件台14上的弯曲安装装置3、4。
传感元件安装在工作主轴14上，其通过枢轴头15可从图中实线标示的水平位置枢转到虚线标示的垂直位置。
请参照图6所示，包括测量球的安装装置4安装在藉由马达可绕水平轴枢转的圆台17上。通过本发明提供的方法，圆台的翻转轴和穿过中心的旋转轴均可被测量。
本发明提供的方法不需要另外分离的测量装置，且甚至可由缺乏经验的人员在极短时间内实施。本发明尤其具有优势的是，机床可在例如用户的房屋处测量，相当有利于生产者的检查并能尽早地检测出可能的缺陷。
权利要求
1.一种采用测量球测量数控机床的方法，包括以下步骤将测量球(5)安装在加工部(2)上；将安装在机床上的传感元件(6)移动到选择的初始位置；重复移动所述传感元件(6)，直到接触到球体表面的不同点；根据获得的测量值计算球体中心的空间位置；以及将计算出的球体中心空间位置与存储在控制器中的目标值进行比较。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述带有测量球(5)的加工部(2)在球体中心空间位置的第一次测定后移动预定的距离(α，B)，藉由球体表面的点采样对球体中心的位置再次测定，通过将在各自测量循环里检测的球体中心的空间位置实际值与程序控制里的相应目标值进行比较，位置偏差即得以测定。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于为测量旋转轴的空间位置，带有测量球(5)的加工部(2)从第一测量位置枢转α角度到第二测量位置。
全文摘要
本发明提供一种采用测量球来测量数控机床的方法。具有已知尺寸的测量球被安装在加工部(2)上，有可能使用安装装置。安装在机床的传感元件移动到选择的初始位置，在此其位于球体顶点上方约10毫米处。然后重复移动传感元件直到其接触到球体表面的不同点，所述接触点的坐标值被输入到控制器中。接着球体中心的空间位置被计算出来并于存储在控制器的目标值进行比较。
文档编号G01B5/00GK1824461SQ20061000314
公开日2006年8月30日 申请日期2006年2月20日 优先权日2005年2月22日
发明者马泽尔·迈尔, 罗尔夫·凯特默尔 申请人:德克尔马霍佛郎顿公司