用于操作机床和执行质量保证的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本公开整体涉及机床（machine)，并且更具体地，涉及用于操作诸如数控机床的机 床并且对加工零件执行质量保证的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 诸如计算机数控（"CNC"）机床的数控（"NC"）机床是通过存储介质上的被编码 的程序命令来操作的自动机床工具。NC机床包括执行加工的机床工具（例如，轴）和驱动 该机床并且在三维空间（例如，多轴加工）中相对于机床的参考坐标系定位轴的计算机辅 助制造程序。
[0003] 在加工操作过程中，零件被安装在夹具上并且该夹具被加载到NC机床的机床床 身上。相对于机床床身固定零件的位置并且将机床调到零位以在空间中相对于零件的位 置适当地定位机床工具。然后，可对该零件进行加工（例如，钻孔、布线、切割和/或配平 (trim))。通常，NC机床包括用于相对于夹具重复地定位零件并且相对于机床床身重复地 定位夹具的索引（indexing)系统。
[0004] 当前的加工工艺存在许多缺点。例如，严格容差需求迫使工具夹具可能具有高度 复杂性。此外，严格容差需求还迫使任意零件至夹具索引和任意夹具至机床索引可能具有 高度复杂性。这种复杂性可能增加生产NC铣切夹具所需的成本和流程时间，这可能影响新 产品的供应能力以及满足客户紧急需求的能力。
[0005] 而且，在从夹具移除零件之后，对加工零件执行质量保证的要求产生额外的成本、 流程以及资源影响。例如，可通过物理地将零件保持达到至零件将被连接至的部件以确定 加工特征（例如，孔和边缘）是否与部件几何形状对齐来执行质量保证。如果在将零件保 持达到至部件时加工特征未被适当地对齐，则零件可能被重新改造或者废弃，从而中断生 产循环。
[0006] 因此，本领域技术人员在操作NC机床并且执行质量保证的领域不断投入研究和 开发精力。
[0007] 本申请要求于2013年12月4日提交的美国临时申请序列号61/911，719以及于 2014年2月3日提交的美国临时申请序列号14/171，314的优先权。
【发明内容】
[0008] 在一种实施方式中，公开了一种用于操作诸如数控机床的机床的方法，该方法可 包括下列步骤：（1)生成界标点（monument point)数据，界标点数据包括表示（represent) 机床床身上的多个界标点的多个参考点；（2)生成零件数据，零件数据包括表示零件相对 于多个界标点的多个参考点；（3)生成理论加工零件数据，理论加工零件数据包括表示理 论加工零件的多个参考点；(4)通过集合零件数据和理论加工零件数据生成控制数据，控 制数据包括表示零件与理论加工零件的集合的多个参考点；（5)通过集合控制数据和界标 点数据生成机床控制数据，机床控制数据包括表示定位在机床床身上的零件与理论加工零 件的集合相对于多个界标点的多个参考点；以及（6)执行用于控制机床操作的机床控制数 据以形成加工零件。
[0009] 在另一实施方式中，公开了一种用于执行质量保证的方法，该方法可包括：（1)提 供机床控制数据，机床控制数据包括表示定位在机床床身上的零件与理论加工零件的集合 相对于多个界标点的多个参考点；(2)生成加工零件数据，加工零件数据包括表示定位在 机床床身上的加工零件相对于多个界标点的多个参考点；以及（3)通过比较加工零件数据 和机床控制数据以确定加工零件数据与机床控制数据的相关性来生成质量保证数据。
[0010] 在另一实施方式中，还公开了一种用于操作诸如数控机床的机床的系统，该系统 可包括：机床，机床包括机床床身和相对于机床床身的机床工具；多个界标点，以正交取向 连接至机床床身，该多个界标点定义界标点坐标轴系；至少一个图像捕捉设备，靠近机床 床身，至少一个图像捕捉设备被配置扫描机床床身上的多个界标点和定位在机床床身上的 零件；以及至少一个计算机，与机床和至少一个图像捕捉设备通信，至少一个计算机被配 置为：（1)接收界标点数据，界标点数据包括表示机床床身上的多个界标点的多个参考点； (2)接收零件数据，零件数据包括表示零件相对于多个界标点的多个参考点；（3)接收理论 加工零件数据，理论加工零件数据包括表示理论加工零件的多个参考点；(4)通过集合零 件扫描数据和理论加工零件数据生成控制数据，控制数据包括表示零件与理论加工零件的 集合的多个参考点；（5)通过集合控制数据与界标点数据生成机床控制数据，机床控制数 据包括表示定位在机床床身上零件与的理论加工零件的集合相对于多个界标点的多个参 考点；以及（6)执行用于控制机床操作的机床控制数据以形成加工零件。
[0011] 总之，根据本发明的一个方面，提供了一种用于操作机床的方法，所述方法包括： 生成界标点数据，所述界标点数据包括表示机床床身上的多个界标点的多个参考点；生成 零件数据，所述零件数据包括表示零件相对于所述多个界标点的多个参考点；生成理论加 工零件数据，所述理论加工零件数据包括表示理论加工零件的多个参考点；通过集合所述 零件数据与所述理论加工零件数据生成控制数据，所述控制数据包括表示所述零件与所述 理论加工零件的集合的多个参考点；通过集合所述控制数据与所述界标点数据生成机床控 制数据，所述机床控制数据包括表示定位在所述机床床身上的所述零件与所述理论加工零 件的集合相对于所述多个界标点的多个参考点；以及执行用于控制所述机床操作的所述机 床控制数据以形成加工零件。
[0012] 有利地，在该方法中，生成所述控制数据包括对所述零件数据和所述理论加工零 件数据执行最佳匹配进程。
[0013] 有利地，在该方法中，生成所述控制数据包括：从所述零件数据生成零件模型，所 述零件模型包括所述零件相对于所述多个界标点的几何表示；从所述理论加工零件数据生 成理论加工零件模型，所述理论加工零件模型包括所述理论加工零件的几何表示；以及通 过集合所述零件模型和所述理论加工零件模型生成控制模型。
[0014] 有利地，在该方法中，集合所述零件模型和所述理论加工零件模型包括使所述零 件的所述几何表示的至少一部分与所述理论加工零件的所述几何表示的至少一部分对齐。
[0015] 有利地，在该方法中，生成所述机床控制数据包括从所述界标点数据生成界标点 模型，所述界标点模型包括所述机床床身上的所述多个界标点的几何表示；从所述机床控 制数据生成机床控制模型，所述机床控制模型包括定位在所述机床床身上的所述零件与所 述理论加工零件的所述集合相对于所述多个界标点的几何表示；并且使所述界标点模型的 所述多个界标点的所述几何表示与所述机床控制模型的所述多个界标点的所述几何表示 对齐。
[0016] 有利地,该方法进一步包括生成所述界标点数据的至少一个参考点与所述控制数 据的至少一个参考点的误差；并且将所述误差的至少一个子集与阈值范围相比较以验证所 述机床控制数据位于容差内。
[0017] 有利地，该方法进一步包括建立机床坐标轴基准线，其中，所述界标点数据定义界 标点坐标轴系，并且其中，建立所述机床坐标轴基准线包括使机床坐标轴系与所述界标点 坐标轴系对齐。
[0018] 有利地，在该方法中，生成所述界标点数据包括使所述机床的机床工具配备有探 测器；并且探测所述机床床身上的所述多个界标点。
[0019] 有利地，在该方法中，所述多个界标点包括以正交取向连接至所述机床床身的三 个界标点。
[0020] 有利地，在该方法中，所述多个界标点中的每个界标点包括被配置为在探测所述 机床床身上的所述多个界标点的过程中所定义的光学目标。
[0021] 有利地，在该方法中，生成所述零件数据包括扫描定位在所述机床床身上的所述 零件和定位在所述机床床身上的所述多个界标点。
[0022] 有利地，在该方法中，生成所述理论加工零件数据包括以下的至少一种：使用来自 所述加工零件将耦接至其的部件的测量零件数据以及使用来自公称（nominal) CAD模型的 公称零件数据。
[0023] 有利地，该方法进一步包括生成所述零件数据的至少一个参考点和所述理论加工 零件数据的至少一个对应参考点的误差；并且将所述误差的至少一个子集与阈值范围相比 以验证所述控制数据位于容差内。
[0024] 有利地，该方法进一步包括生成加工零件数据，所述加工零件数据包括表示定位 在所述机床床身上的所述加工零件相对于所述多个界标点的多个参考点；通过集合所述加 工零件数据和所述机床控制数据生成质量保证数据；以及通过比较所述质量保证数据与所 述机床控制数据以确定所述加工零件数据与所述机床控制数据之间的相关性来验证所述 质量保证数据。
[0025] 有利地，在该方法中，生成所述加工零件数据包括扫描定位在所述机床床身上的 所述加工零件和定位在所述机床床身上的所述多个界标点。
[0026] 有利地，在该方法中，生成所述质量保证数据包括从所述机床控制数据生成机床 控制模型，所述机床控制模型包括定位在所述机床床身上的所述零件与所述理论加工零件 的所述集合相对于所述机床床身上的所述多个界标点的几何表示；从所述加工零件数据生 成加工零件模型，所述加工零件模型包括定位在所述机床床身上的所述加工零件相对于所 述多个界标点的几何表示；以及通过使所述机床控制模型的所述多个界标点的所述几何表 示与所述加工零件模型的所述多个界标点的所述几何表示对齐来生成质量保证模型。
[0027] 有利地，在该方法中，验证所述质量保证数据包括将定位在所述机床床身上的所 述加工零件相对于所述质量保证模型的所述多个界标点的几何表示与定位在所述机床床 身上的所述零件和所述理论加工零件的所述集合相对于所述机床控制模型的所述多个界 标点的所述几何表示相比较。
[0028] 有利地，该方法进一步包括生成所述质量保证数据的至少一个参考点和所述机床 控制数据的至少一个对应参考点的误差；以及将所述误差的至少一个子集与阈值范围相比 较以验证所述质量保证数据位于容差内。
[0029] 根据本发明的另一方面，提供了一种用于质量保证的方法，所述方法包括生成机 床控制数据，所述机床控制数据包括表示定位在机床床身上的零件与理论加工零件的集合 相对于多个界标点的多个参考点；生成加工零件数据，所述加工零件数据包括表示定位在 所述机床床身上的加工零件相对于所述多个界标点的多个参考点；以及通过比较所述加工 零件数据与所述机床控制数据以确定所述加工零件数据与所述机床控制数据之间的相关 性来生成质量保证数据。
[0030] 有利地，在该方法中，比较所述加工零件数据与所述机床控制数据包括：从所述机 床控制数据生成机床控制模型，所述机床控制模型包括定位在所述机床床身上的所述零件 与所述理论加工零件的所述集合相对于所述多个界标点的几何表示；从所述加工零件数据 生成加工零件模型，所述加工零件模型包括定位在所述机床床身上的所述加工零件相对于 所述多个界标点的几何表示；使所述加工零件模型的所述多个界标点的所述几何表示与所 述机床控制模型的所述多个界标点的所述几何表示对齐；以及比较定位在所述机床床身上 的所述加工零件相对于所述加工零件模型的所述多个界标点的所述几何表示与定位在所 述机床床身上的所述零件和所述理论加工零件的所述集合相对于所述机床控制模型的所 述多个界标点的所述几何表示。
[0031] 根据本发明的又一方面，提供了一种用于操作机床的系统，所述系统包括：机床， 机床包括机床床身和相对于所述机床床身的机床工具；多个界标点，以正交取向连接至所 述机床床身，所述多个界标点定义界标点坐标轴系；至少一个图像捕捉设备，靠近所述机床 床身，所述至少一个图像捕捉设备被配置为扫描所述机床床身上的所述多个界标点和定位 在所述机床床身上的零件；以及至少一个计算机，与所述机床和所述至少一个图像捕捉设 备通信，所述至少一个计算机被配置为：接收界标点数据，所述界标点数据包括表示所述机 床床身上的所述多个界标点的多个参考点；接收零件数据，所述零件数据包括表示所述零 件相对于所述多个界标点的多个参考点；接收理论加工零件数据，所述理论加工零件数据 包括表示理论加工零件的多个参考