[发明专利]校准装置和方法

说明书

描述了一种用于机床的校准装置(30)，该校准装置包括可附接至机床的基部(36)、以及校准制品(32)，诸如已知半径的球体。偏转机构将该校准制品附接至基部上并且当向该校准制品(32)施加外力时允许该校准制品(32)相对于该基部(36)移动。在不存在施加的外力的情况下，该偏转机构还将该校准制品(32)相对于该基部(36)保持在经限定的停置位置中。提供了用于感测该校准制品(32)相对于该基部(36)的移动程度的传感器(46)。还描述了一种使用该装置(30)以及参照工具来准确地确定校准制品(32)的位置的方法。

本发明涉及用于机床的校准装置以及使用这样的装置的方法。

数控机床广泛地在制造行业中用于切割零件，诸如用于汽车、飞机的金属零件等。为了高准确度(例如，达到几微米之内)地切割特征，有必要对这样的机床进行校准。在使用五轴机床时尤其是如此，在五轴机床中，在切割过程期间零件相对于切割工具的取向被改变。

尤其对于五轴机床而言，典型校准程序的关键部分在于建立校准球体的中心相对于机床原始位置的位置。一旦建立，该球体中心就可以充当随后所有校准程序所基于的机床基准点。

已知的是，使用刻度盘测试指示器或安装在机床的主轴中的触摸探针来在平行于机床的床的平面(典型地被称为XY平面)中建立球体中心位置。沿着垂直于机床的床的轴线(通常被称为Z轴)来测量球体中心位置是更加复杂的、并且迄今为止仅能使用各种手动程序来实现。例如，已知的是，在手动控制下将已知长度的参照工具沿着z轴朝向校准球体移动。使参照工具朝向球体前进，直到已知厚度的量块恰好“夹在”参照工具与球体之间。这样的手动程序可能是不精确的，并且已经发现校准的结果因操作者而异。

DE 29720584描述了一种用于测量工具的长度和直径的工具设定装置。EP2390622描述了一种用于对机床进行校准的设备，该设备包括三个间隔开的换能器，以用于测量由被固持在机床的主轴中的杆所携带的球的位置。

本发明的第一方面提供一种用于机床的校准装置，该校准装置包括：可附接到机床的基部；具有一个或多个已知尺寸的校准制品；偏转机构，该偏转机构将该校准制品附接到该基部、并且当向该校准制品施加外力时，该偏转机构允许该校准制品相对于该基部移动，在不存在经施加的外力的情况下，该偏转机构还将该校准制品保持在相对于该基部的经限定的停置位置中；以及用于感测该校准制品相对于该基部的移动程度的传感器。

因此，本发明提供了一种用于在对机床进行校准时使用的校准装置。该装置包括可附接到机床的基部；例如，该基部可以被拴到机床的床或被磁性地紧固到机床的床。校准制品(诸如已知半径的球体)经由偏转机构附接到该基部。在不存在外力的情况下，该偏转机构将该校准制品相对于该基部保持在已知且可重复的位置中。如果向校准制品施加足够大的外力(例如，大于某个幅度的力)，则该偏转机构准许校准制品相对于该基部移动。该传感器测量该校准制品相对于该基部的任何这样的移动的程度。例如，该传感器可以输出描述该校准制品已经从其经限定的停置位置移动了多远的数据流。

本发明的校准装置有利地用作机床校准过程的一部分。本发明的装置可以执行与经刚性地安装的校准球体相同的功能；即，可以使用处于球体形式的校准制品来限定用于各种各样基于测量探针的校准程序中的参照或基准位置(例如，球体中心点处)。然而，使校准制品偏转(例如，使用安装在机床主轴中的具有已知长度的参照工具)以及测量偏转程度(即，使用传感器)的能力具有的优点是，可以准确地找到校准制品的停置位置。例如，如果该校准装置包括呈校准球体形式的校准制品，则在参照工具被驱动进到校准球体中并使该校准球体偏转时，可以使用自动化程序、使用由传感器测得的偏转来找到球体中心z-位置。这避免了需要使用上述手动过程，在该手动过程中，使参照工具朝向经固定的球体前进，直到已知厚度的量块被恰好“夹在”参照工具与球体之间。

因此，本发明的校准装置准许实现自动化校准，这种自动化校准不仅提供提高的准确度而且消除了在不同工程师使用校准量块来执行相同手动校准过程时可能发生的变化。