专利名称：用于检查在一机床中的一主轴位置的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于检查在一机床中的一主轴位置的装置。
背景技术：
本实用新型应用在某类机床中，该类机床包括由安装在相应垂直支架上的两纵向和平行的滑动导规组成的一支承结构和在两导规上沿着一轴线X可运行的一梁或龙门架，该龙门架支承包括在一垂直轴线上对齐的一直立中心立柱的一单元，在中心立柱的底端装有一机头，该机头装备有连接一工具的主轴。
通常，立柱能够沿着与龙门架的移动方向垂直的一方向、Y轴线在龙门架上水平移动。立柱还可沿着一第三轴线Z垂直地滑动，以这方式，机头能够相对下方的一机加工工位上升或下降，该机加工位由用于机加工而夹住一零件的一夹具所占据。最后，对于具体的加工类型，机头能围绕平行于垂直轴线Z的一轴线C旋转，同时主轴在垂直同一轴线Z的一轴线A上是可枢转的。
为了控制上述类型的机床，在整个机加工期间必须知道从一时刻到下一时刻刀具被定位的准确的位置。使用现有技术方法，通过光学的、机械的或编码器类型的诸系统间接地识别主轴在空间中的位置，这些系统能够相对于在由X、Y和Z轴线所建立的和与机床的固定结构刚性关联的一笛卡尔系统中的原点的主轴的X、Y和Z坐标。
因此，依赖于机床的的和运动的部分之间的连接上的所述测量系统的可靠性基于该结构将相对于机加工工位正确地和稳定地被定位的假设之上。类似地，假设多个机床构件，即滑动导轨、龙门架和主轴的几何位置将保持在规定的公差内。
但是不能始终保持所述的几何位置，还存在例如由会在测量中引起误差的、与载荷有关的发热和变形的影响所造成的在结构中的许多变化因素。
发明内容
因此，本实用新型目的是提供用于精确检测一机床中的一主轴的位置的一装置。
按照本实用新型，提供了用于检测在一机床中的一主轴位置的一装置，该装置包括支承主轴且使所述主轴在一预定机加工区域内沿着三条轴线运动的一结构，其中包括位于机床外部和发射电磁波信号的许多发射器，安装在主轴上和接受所述电磁波信号的接受器，一主控制单元，所述主控制单元包括处理和传送指示在各发射器和接受器之间距离的信号的数据处理和传送装置，以及在指示发射器和接受器之间的距离的信号的基础上识别所述主轴位置的位置识别装置；所述主控制单元在输出侧上连接至由其将主轴设定成可沿诸轴线运动的运动装置上。
与现有技术相比，本实用新型的装置包括位于机床外部和发射电磁波信号的许多发射器，安装在主轴上和接受所述电磁波信号的接受器，一主控制单元，所述主控制单元包括处理和传送指示在各发射器和接受器之间距离的信号的数据处理和传送装置，以及在指示发射器和接受器之间的距离的信号的基础上识别所述主轴位置的位置识别装置；所述主控制单元在输出侧上连接至由其将主轴设定成可沿诸轴线运动的运动装置上。这样，本实用新型的装置可以精确检测一机床中的一主轴的位置。
以下将参照附图、以举例方式详细叙述本实用新型，在附图中
图1示意地以立体图和部分地以一方块图的形式示出了装备有按照本实用新型的一检测装置的一机床；图2示意地以立体图和部分地以一方块图的形式示出了装备有另一实施例中的一检测装置的图1的机床。
具体实施方式
参阅附图，1总地表示一机床，它包括一床身2和由诸相应垂直支架4支承的两纵向平行滑动导规3，以及能够沿着一轴线X运动的是横向设置于诸导规3上的和支承一单元6的一水平梁或龙门架5，单元6包括垂直于龙门架5的一垂直中心立柱7，该立柱的底端8装有一机头9，该机头装备有例如能够装配有一力具(未示出)的一主轴10。中心立柱7可在由龙门架5提供的、沿着垂直于首先提到的轴线X延伸的一第二水平轴线Y的相应滑动导规11上移动，以及还能够沿着一相关的垂直轴线Z在垂直导规12上运动。
纵向导规3。龙门架5和垂直中心立柱7结合产生一结构13，该结构用于支承主轴10和结合有由其定位同一主轴10的装置；这些装置是分别能够使龙门架沿X轴线运动和使中心立柱7沿着Y轴线和Z轴线运动的电动机14、15和16。
所述的诸电动机可以是包括连接至一机械的齿条和小齿轮装置的传动电动机或者例如直线电动机的任何某一型式的电动机。
在诸纵向滑动导规3之间、龙门架5之下的空间容纳一机加工工位17，在该工位内空前和于支承关于机加工的零件19的夹具18(见图2)。
这样如此所述的机床1落在三轴线机床的范围内，其实成为一所谓五轴线机床，机头9能够围绕平行垂直轴线Z的一轴线C旋转，以及能使主轴10在垂直于这相同轴线Z的一轴线A上、通过附图中未示出的相应驱动装置的作用枢转。
按照本实用新型的该装置包括如方块20所代表的发射器装置，它安装在机床1之上的一高度上，例如在其中容装一台或多台这些机床1的建筑物的四个固定位置处，例如它将辐射电磁信号，这些信号能够由安装在主轴10上的接受器装置21接受。诸发射器装置20配备有相互同步的和由一单个方块22代表的相应时间测量装置。
一方块23代且一主控制单元，它包括用虚线示出的一方块24所表示的相应数据处理和传送装置，该装置被设计成产生指示在各发射装置20和接受装置21之间的距离的信号。
数据处理和传送方块24连接至由其在从处理方块24接受到的信号的基础上识别主轴10的位置的一方块25代表的装置。
主控制单元23在输出侧上连接至上述电动机14、15和16，以致引导这些电动机通过调节在三轴线X、Y和Z上的位置校正主轴10的位置。
在机头9能够围绕上述垂直轴线C转动和主轴10可围绕水平轴线A枢转的情况下，按照本实用新型的装置还将包括如方块26所示的、能够检测极坐标轴线A和C的方位和将相应输出信号供应至主控制单元23的装置，从而允许引导产生机头9的转动和主轴10的枢转动作的诸电动机(未示出)的工作。
指示在诸发射器装置20和接受装置21之间的距离的数据处理和传送装置24被设计成在于各发射器装置20和接受器装置21之间运行的信号所花费的时间的基础上计算所述距离D。事实上，对于时间测量装置22已知诸电磁信号的发送时间(T1)和接受时间(T2)，而信号的速度(C)等于光的速度。
对于每一发射装置，因此有D＝C(T2-T1)这样获得的四个距离提供关于一计算机程序的输入信息，由该程序获得将单义地限定刀具位置的坐标X、Y和Z。
计算程序是一三角测量程序，它基于包含三个球的相交的一操作，三个球的半径通过应用上述公式得到和球的诸中心与主轴10一致。该程序可能产生两个解答，以及通过利用第四球的相交识别正确的解答，由此单义地识别主轴的主轴的位置。
在机床是一五轴线类型的情况下，按照本实用新型的该装置将包括能够检测两极坐标轴线A和C的方位的装置，所述检测装置将结合能够传感机头9围绕一极坐标轴线A的转动，如一块27所示，以及能够传感相对另一极坐标轴线C的一枢转运动，如一块28所示。这些装置27和28例如是转动编码器或陀螺仪装置。
所述装置27和28在输出侧连接到用于处理相应信号的一方块29，该方块又连接到主控制单元23。
为了在一五轴线机床的情况下确定主轴10的位置，按照本实用新型的装置利用如以上所述的关于一三轴线机床的计算程序，并结合由处理块29提供的信息。
为了优化，四个发射器20能够监测安装在同一建筑物内部的多台机床1，或者一单台机床1的一根或多根主轴10。
发射器20可以是任何型式的，也就是说，在频谱的射频部分中的电磁波的发射器、雷达波的发射器或激光信号的发射器。
因此，接受器21将是一无线电接收天线、一雷达目标，或在激光信号的情况下，一反射目标。
参阅图2，通过经常精加工将容纳诸零件19的诸基座的精加工操作备制用于在加工中保持一零件19的夹具18。
为了保持以必须的精度进行机加工，零件19的位置必须长期稳定地保持住，为了这原因，对于所揭示的装置也必须已知机床刀具1和保持零件19的夹具18的相对位置。
由一机床操作者和在每个机加工周期的开始时由该操作者输入一机床控制器的数据计算夹具18相对于机床1的定位坐标。
以关于支承主轴的结构13所述的相同方法，在机加工周期中关于检测刀具位置的系统能够受到由于夹具18的热膨胀所引起的误差的影响。
因此，将用能够接受来自发射器装置20的电磁波信号的至少一套装置30装备夹具18。计算程序与上述的相同。
权利要求1.用于检测在一机床中的一主轴位置的一装置，该装置包括支承主轴(10)且使所述主轴在一预定机加工区域内沿着三条轴线(X、Y、Z)运动的一结构(13)，其特征在于包括位于机床外部和发射电磁波信号的许多发射器(20)，安装在主轴上和接受所述电磁波信号的接受器(21)，一主控制单元(23)，所述主控制单元包括处理和传送指示在各发射器和接受器之间距离的信号的数据处理和传送装置(24)，以及在指示发射器和接受器之间的距离的信号的基础上识别所述主轴位置的位置识别装置(25)；所述主控制单元在输出侧上连接至由其将主轴设定成可沿诸轴线运动的运动装置上。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于各所述发射器(20)与相互同步的相应的多个相应的时间测量装置的一个相关联。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述数据处理和传送装置(24)在电磁波信号在发射器和接受器之间运行所花费的时间的基础上计算所述发射器和接受器之间的所述距离。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述主轴(10)设定成在机加工区域内、围绕另外两个极座标轴线(A、C)可运动，所述装置还包括检测极坐标轴线(A、C)的方位的检测装置(27，28)，所述检测装置(27，28)连接至处理装置(29)，该处理装置在输出侧又连接至主控制单元(23)。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于所述检测装置包括转动编码器。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于所述检测装置包括陀螺仪装置。
7.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于所述发射器(20)在频谱的射频部分中发射电磁波，以及接受器(21)是一接受天线。
8.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于所述发射器(20)发射雷达波，以及接受器(21)是一雷达目标。
9.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于所述发射器(20)发射激光信号，以及接受器(21)是一反射目标。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于发射器(20)和主控器单元(23)体现为与和诸单根主轴关联的各接受器(21)工作相连的一单个整体，并安装在包括多台机床和相关联主轴(10)的一系统中。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于在一机加工工具的预定加工区域中安装有一支承被加工零件(19)的夹具(18)，所述夹具包括能够接受来自发射装置的电磁信号的和连接于处理和输出指示在各发射器和接受器之间的距离的信号的装置的至少一套接受装置(30)。
专利摘要在带有能够沿着至少三条轴线X、Y和Z运动的一主轴(10)的一机床中，由利用从位于机床外部的四个发射器(20)发出的、以及由直接安装于主轴的一接收器接收的电磁波信号工作的一装置检测主轴的位置。信号被输送进入一主控制单元(23)和由线路(24，25)处理，以致产生一输出，能够利用该输出确定和如果需要校正主轴在三根轴线X、Y和Z上的位置。
文档编号B23Q15/22GK2790669SQ20042000602
公开日2006年6月28日 申请日期2004年3月12日 优先权日2003年3月13日
发明者B·施亚维, S·弗莱笛 申请人:Jobs股份公司