[发明专利]用于检查数控机床定位精度的方法和系统

说明书

本发明涉及用于检查数控机床，尤其是具有机床工具头和机床工作台的龙门机床，定位精度的方法和系统。在数控(CNC)机床中，机械加工或处理的部件被安装到数控机床的机床工作台上。计算机程序控制机床工具头关于机床工具头到特定位置或沿着机械加工或处理操作执行的特定路径的移动。

鉴于不同的误差源(如，制造公差，错位等)，机床工具头通常会到达或移动到偏离依据CNC程序或控制的理论的(理想的)位置的一个位置。这种情况下，会出现位移或定位误差。潜在误差有时被分类成静态或动态定位误差，其中，静态定位误差由机械的几何结构，结构硬度等导致的，而动态误差则是基于伺服参数，加速度等。

为了纠正或补偿定位或位移误差，首先，应当测量或确定这些误差。现有技术提供了不同的使用激光追踪仪或干涉仪伸缩球棒(telescoping ball bar)的误差测量方法。

根据数控机床的几何结构和/或尺寸，这些传统方法并不总是适合的。例如，在大型机床的情况下，在不同的位置，由于安装在机床工具头处的反射器距离激光源太远，使得无法进行可靠位置确定。鉴于此，存在对确定数控机床定位精度的改进的方法和系统的需求，特别是，对于大型机床。

因此，本发明提供了用于检查数控机床定位精度的方法和系统和装置。

尤其是，提供了一种确定数控机床定位误差的方法，机床具有机床工具头和机床工作台，使用x，y，z(笛卡尔)坐标系，其中，z坐标是垂直于机床工作台表面的坐标，该方法包括如下步骤：

a)在机床工作台上排列多个容器，其中，这些容器相互流体连接以形成连通容器系统，其中，连通容器系统注满液体；

b)在机床工具头安装距离传感器；

c)将机床工具头定位到垂直于容器中的一个的液体表面的位置；

d)将距离传感器接近液体的表面并确定距离传感器接触液体表面的z坐标，

或，

对于机床工具头的预确定的z坐标，确定距离传感器和液体表面间的距离；

其中，对于每个容器重复步骤c)和d)以确定相应的液体表面的z坐标。

该方法可用于许多不同的数控机床的几何结构和/或尺寸的z方向上定位或几何精度的确定。机床工具头被移动到对应多个容器中的一个的位置的 x-y位置。这种情况下，传感器被放置于所述容器中的液体的表面上(由数控机床控制给出的高度或z坐标)，允许液体表面高度或水平面的确定。可以以非接触的方式执行这种确定，如，通过测量距离传感器或机床工具头与液体表面间的距离。作为替代方案，液体表面可从上方而被接近(如，沿着 z轴方向)，直到传感器接触到液体表面。由于容器的排列形成了连通容器系统，所有容器的液体表面的高度或z坐标是相同的。因而，理论上或理想情况下，对于所有容器，数控机床系统确定的z坐标应当是相同的。因此，一个容器到另一个容器的z坐标的任何偏离或偏差允许定位精度和z方向的定位误差的确定。

由在所有x-y位置上具有相同水平面的连通容器给出的“参考系统”允许使用通常意义上的不精确数控机床以测量和确定其自身和固有的误差。通过对每个容器重复步骤c)和d)，可获得在不同容器位置的液体表面的z坐标的地图。

数控机床可为龙门机床。

不同类型的距离传感器是可能的。例如，距离传感器可为非接触距离传感器。特别是，可为激光距离传感器，微波距离传感器或雷达距离传感器。这些传感器，例如，通过飞行时间测量可快速和精确的确定传感器和/或机床工具头与液体表面间的距离。对于这些情况，优选的，所使用的液体是电磁波反射的。例如，当使用激光距离传感器，液体可为对于激光来说是非透明的。

作为替代方案，在步骤a)，液体是电解质溶液，以及电极元件，称为容器电极，与每个容器的电解质溶液相接触地放置；在步骤b)，距离传感器包含电极元件，称为工具头电极，该工具头电极被安装在机床工具头，其中，工具头电极的材料与容器电极的材料不同；步骤c)包括将工具头电极接近容器中电解质溶液的表面；以及步骤d)包括通过或经由确定工具头电极和相应容器电极间的电势差来确定工具头电极接触的溶液表面的z坐标。

换言之，本发明提供了一种确定数控机床定位误差的方法，机床具有机床工具头和机床工作台，使用x，y，z(笛卡尔)坐标系，其中，z坐标是垂直于机床工作台表面的坐标，该方法包括如下步骤：

a)在机床工作台上排列多个容器，其中，这些容器相互流体连接以形成连通容器系统，其中，连通容器系统注满电解质溶液，以及其中电极元件，称为容器电极，与每个容器的电解质溶液相接触地放置；