[发明专利]用于在数控机床上补偿静态误差的方法和系统

说明书

本发明涉及在通用机械上，尤其是数控机床上实现静态误差补偿的方法和系统。可以应用本发明的其它种类机械例如是测量设备、各种铣床、电浸蚀设备、等离子加工设备和喷水加工设备。

数控机床在通过充分的校正运行安装之后，在某一段运行之后，显示的加工位置已不再对应于由机载控制所提供的那些加工位置。这些位置误差不是由于机床上传输系统的错误运行，而是由于机床车身错误的几何形状、装配误差、或者象在运行期间基座下沉、损坏、碰撞等其它原因所造成。由于在控制所要求的位置和机床所到达的实际位置之间的这些偏差，有必要进行机床的重新校正以使机床恢复到安装时的“理想”初始状态。

然而，迄今为止，这些重新校正很少实现，因为它们需要使用昂贵的测量仪器。因此，它们的应用已被局限于其中最终的产品成本和需要的精度容许其应用的领域，例如航空和航海发动机领域。

对于校正测量，在现有技术中一个理论上可能的交换是使用一个激光干涉仪，这是一台成本低廉的仪器。然而，由于这些重新校正需要进行大量的测量(大约数千次)，对于每次测量干涉仪必须使用大约半个小时以便激光束对准反射镜，因此要重新校正一台机床需要几个月时间。

因此，在现有技术中目前没有合适的装置或系统使重新校正的机床能实现所谓的静态误差补偿(SEC)。

本发明的目的是通过一个简单、快速和低廉的程序提供使静态误差补偿(SEC)应用于通用机械，尤其是数控机床的一种方法和一个系统，来解决前面的技术问题。

如从下列说明将变得清楚的本发明的上述目的和其它目的及优点借助于一种方法和一个系统被获得，以实现如权利要求1和5所分别要求的SEC；本发明的最佳实施例和变型在从属权利要求中被要求。

本发明通过作为非限制性的实例给出的一些最佳实施例，根据附图，被更好地说明，其中：

图1是根据本发明系统的一个最佳实施例的框图；

图1A是图1中实施例的更详细的框图；

图2是图1中系统的测量激光装置的透视剖视图；

图3是数控铣床的前透视图，它可能是本发明系统的一部分；及

图4表示在本发明的方法中利用的误差矩阵的应用实例。

根据图1，要执行静态误差补偿(SEC)的系统的一个实用的实施例被表示。在图1中，参考数字1表示一台传统类型的数控机床，3表示作用于机床1以便控制它的运行的控制装置，而5表示安装在数控双旋光头上的测量激光装置。这个高层图可以通过在图1A中的排列更详细地被表示；其中参考数字1表示传统类型的数控机床；3表示作用于机床1以便控制它的运行的控制装置；3’表示在控制装置3内部的一个静态误差补偿模块；4表示在控制装置3和第二测量系统5之间的一个接口，测量系统5通常包括安装在数控双旋光头上的一个测量激光装置。测量激光装置5通过模块4被连接到控制装置3，通过它交换涉及本发明方法的信息和数据。

就在本文件中使用的术语来说，根据图1A，SEC补偿模块3使用所谓的“误差模型”，即“一个空间网格的体元(voxel)”(将在下文叙述的术语)和与此相关联的相关误差，以便在目前的机床1的位置产生误差(补偿步骤)。

相反，接口4使用所谓的“误差表格”，即需要创造所谓的“误差矩阵”根据由三对参考值描述的它的自由度用于检验的机身位置的一个数据表格。而术语“误差矩阵”意味着根据从坐标系描述的机体的刚性旋转转换误差(也见图4)表示自由度的一个矩阵，该坐标系符合Denavit和Hartemberg协定。这样的矩阵仅在它目前的位置根据从上述的三个局部参考值所描述的自由度描述上述机身状态。

因此，如上面所见的，接口4对于每个轴线位置(实际上只为将来体元(voxels)的顶点(vertexes)使用误差表格计算用于每个Denavit和Hartemberg参考系统的误差矩阵。通过在本文献中所述的程序(由动态的Denavit和Hartemberg理论得出)它建立了用于那些确定的轴线位置的机床的总静态误差。用这种方式，它在下面将被叙述的校正或误差模型的产生步骤中建立了误差模型。