本發(fā)明涉及在例如機(jī)床等位置確定設(shè)備上使用的探頭的校準(zhǔn)。

背景技術(shù)：

使用探頭用于機(jī)床上的測(cè)量是已知的。所述探頭可為接觸類(lèi)型，例如在與待測(cè)量工件接觸或與待設(shè)定工具接觸后即刻發(fā)出觸發(fā)信號(hào)的接觸式觸發(fā)探頭。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)發(fā)出時(shí)從機(jī)床的刻度尺或其它位置變換器取得讀數(shù)。

可區(qū)分兩個(gè)類(lèi)型的機(jī)床探頭：

·一種類(lèi)型包括用以測(cè)量工件的探頭，用于在機(jī)械加工之前設(shè)置工件，或用于在機(jī)械加工之后或期間檢查工件。舉例來(lái)說(shuō)，所述探頭可安裝在例如銑床或機(jī)械加工中心等機(jī)床的可移動(dòng)主軸中(工件感測(cè)主軸探頭)。通過(guò)移動(dòng)主軸而使所述探頭與工件成感測(cè)關(guān)系。

·另一類(lèi)型的探頭用于設(shè)定切割工具(工具設(shè)定探頭)。舉例來(lái)說(shuō)，工具設(shè)定探頭可安裝在銑床或機(jī)械加工中心的臺(tái)上。將安裝在可移動(dòng)主軸中的切割工具設(shè)定為與工具設(shè)定探頭成感測(cè)關(guān)系。

機(jī)床可裝配有每種類(lèi)型的探頭中的一個(gè)。

兩種類(lèi)型的探頭都需要在使用之前校準(zhǔn)，以及在使用期間每隔一定間隔的周期性再校準(zhǔn)。這可以涉及確定機(jī)床的坐標(biāo)系中的基準(zhǔn)位置或偏移。

在現(xiàn)有技術(shù)中，已知針對(duì)具有已知經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)的大小、形狀、形式等的人工制品來(lái)校準(zhǔn)探頭。這些人工制品包含具有已知半徑或直徑的事物，例如球體、環(huán)形量規(guī)或經(jīng)加工孔；以及具有已知長(zhǎng)度的事物，例如經(jīng)校準(zhǔn)長(zhǎng)度量棒、滑動(dòng)量規(guī)、已知長(zhǎng)度的切割工具等。這些人工制品被安裝在機(jī)床上的位置中，該位置準(zhǔn)許人工制品與正在校準(zhǔn)的探頭之間相對(duì)移動(dòng)。

舉例來(lái)說(shuō)，為了校準(zhǔn)安裝在機(jī)床的可移動(dòng)主軸中的工件感測(cè)探頭，現(xiàn)有技術(shù)中已知使所述探頭變?yōu)榕c相對(duì)于機(jī)器臺(tái)固定的經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)人工制品(例如球體或環(huán)量規(guī))成感測(cè)關(guān)系。這是因?yàn)樘筋^將相對(duì)于機(jī)器臺(tái)移動(dòng)，因此其必須相對(duì)于機(jī)器臺(tái)而校準(zhǔn)。

相反，為了校準(zhǔn)工具設(shè)定探頭，已知以相對(duì)于主軸的固定關(guān)系在主軸中安裝具有已知長(zhǎng)度的經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)人工制品，例如長(zhǎng)度量棒或切割工具，因?yàn)檎鄬?duì)于主軸的位置校準(zhǔn)工具設(shè)定探頭。經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)人工制品的長(zhǎng)度通常相對(duì)于量規(guī)線是已知的，所述量規(guī)線可例如與主軸的鼻部重合。主軸在Z軸方向上移動(dòng)以使所述人工制品變?yōu)榕c工具設(shè)定探頭成感測(cè)關(guān)系。

接觸類(lèi)型的探頭可具有可偏轉(zhuǎn)觸針，其具有觸針尖端，所述觸針尖端接觸待測(cè)量的工件或者接觸待設(shè)定的切割工具。觸針尖端可呈球或(尤其對(duì)于工具設(shè)定)圓柱體、圓盤(pán)、立方體等形狀。除使用如上的經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)人工制品確定基準(zhǔn)位置之外，還已知使用這些經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)人工制品來(lái)校準(zhǔn)這些觸針尖端的大小(例如，半徑或直徑)。可供應(yīng)觸針尖端組件到標(biāo)稱(chēng)大小，且通過(guò)機(jī)器上校準(zhǔn)來(lái)確定實(shí)際大小。更通常，即使已知準(zhǔn)確地供應(yīng)的實(shí)際觸針尖端大小，校準(zhǔn)也可確定觸針尖端的不同于其實(shí)際大小的有效大小尺寸(例如，半徑或直徑)。在接觸式觸發(fā)探針中，有效大小通常小于觸針尖端的實(shí)際大小，以便校準(zhǔn)出探頭的所謂的“預(yù)行程”。預(yù)行程是在與工件或切割工具的實(shí)際接觸的時(shí)刻與探頭發(fā)出觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間之間的固定時(shí)間延遲期間行進(jìn)的恒定距離。

據(jù)相信，機(jī)床制造商哈斯自動(dòng)化公司(Haas Automation Inc)已經(jīng)使用一種校準(zhǔn)方法，其涉及首先使用經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)人工制品在Z軸方向上校準(zhǔn)工具設(shè)定探頭，所述人工制品例如安裝在主軸中的具有已知長(zhǎng)度的長(zhǎng)度量棒或切割工具，如上文所描述。這設(shè)定了工具設(shè)定探頭的Z軸基準(zhǔn)位置。隨后通過(guò)使主軸安裝的工件測(cè)量探頭接觸抵靠經(jīng)校準(zhǔn)的工具設(shè)定探頭的觸針尖端的頂部來(lái)校準(zhǔn)所述探頭的有效Z軸長(zhǎng)度。從工具設(shè)定探頭的觸發(fā)信號(hào)確定主軸安裝的探頭的長(zhǎng)度。

使用經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)人工制品的這些已知校準(zhǔn)方法是相當(dāng)復(fù)雜的，且可能必須采用謹(jǐn)慎的手動(dòng)程序，例如使用例如標(biāo)度盤(pán)測(cè)試指示器等手動(dòng)測(cè)量工具來(lái)設(shè)置所述人工制品且確定與主軸等的旋轉(zhuǎn)軸的關(guān)系。已知方法因此需要熟練的人員且存在機(jī)床不在生產(chǎn)的相當(dāng)大的時(shí)間(例如，30分鐘)。出于這些原因，實(shí)際上校準(zhǔn)并未良好地執(zhí)行，和/或忽略了以周期性間隔的再校準(zhǔn)。這導(dǎo)致不良的測(cè)量準(zhǔn)確性以及不良質(zhì)量的加工工件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供對(duì)例如機(jī)床等位置確定設(shè)備上的探頭進(jìn)行校準(zhǔn)或設(shè)定基準(zhǔn)的各種方法，所述設(shè)備包括：第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分相對(duì)于彼此可移動(dòng)；工具設(shè)定探頭，其可安裝在所述第一部分上；以及工件感測(cè)探頭，其可安裝在所述第二部分上。

在根據(jù)本發(fā)明的第一此類(lèi)方法中，根據(jù)所述工具設(shè)定探頭與所述工件感測(cè)探頭之間的相對(duì)移動(dòng)來(lái)對(duì)所述工具設(shè)定探頭進(jìn)行校準(zhǔn)或設(shè)定基準(zhǔn)。所述相對(duì)移動(dòng)使所述工件感測(cè)探頭變?yōu)榕c所述工具設(shè)定探頭成感測(cè)關(guān)系，且當(dāng)其到達(dá)所述感測(cè)關(guān)系時(shí)取得用于所述工具設(shè)定探頭的校準(zhǔn)或基準(zhǔn)值。所述工件感測(cè)探頭的尺寸或大小因此可用以對(duì)所述工具設(shè)定探頭進(jìn)行校準(zhǔn)或設(shè)定基準(zhǔn)。這可區(qū)別于經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)人工制品的現(xiàn)有技術(shù)使用，例如相對(duì)于所述第二部分上(例如，主軸上)的量規(guī)線具有已知長(zhǎng)度的長(zhǎng)度量棒或切割工具。所述工件感測(cè)探頭的尺寸或大小可為任意的。

在此第一方法中，所述探頭可為接觸探頭，例如具有可偏轉(zhuǎn)的工件接觸或工具接觸觸針。所述感測(cè)關(guān)系可為其之間的接觸。所述相對(duì)移動(dòng)可在所述工件感測(cè)探頭安裝到的設(shè)備的工具固持器或主軸的軸向方向(或Z軸方向)上。

在根據(jù)本發(fā)明的第二此類(lèi)方法中，所述工具設(shè)定探頭的部分或特征具有經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)大小或尺寸，且相對(duì)于所述經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)大小或尺寸，例如通過(guò)使所述探頭變?yōu)楦袦y(cè)關(guān)系的所述探頭之間的相對(duì)移動(dòng)來(lái)對(duì)所述工件感測(cè)探頭進(jìn)行校準(zhǔn)或設(shè)定基準(zhǔn)。具有經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)大小或尺寸的所述部分或特征可在所述工具設(shè)定探頭的可移動(dòng)部分上。這可區(qū)別于安裝在機(jī)床的床或臺(tái)上的經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)人工制品的現(xiàn)有技術(shù)使用，例如具有已知大小的球體或環(huán)量規(guī)。

在此第二方法中，所述工具設(shè)定探頭可為接觸探針，且具有經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)大小或尺寸的部分或特征可在所述探頭的可偏轉(zhuǎn)觸針上。所述工件感測(cè)探頭也可為接觸探針，例如具有可偏轉(zhuǎn)的工件接觸觸針。所述感測(cè)關(guān)系可為其之間的接觸。所述相對(duì)移動(dòng)可為一個(gè)或兩個(gè)方向，該一個(gè)或兩個(gè)方向與安裝有所述工件感測(cè)探頭的設(shè)備的主軸或工具固持器是橫向的。

在根據(jù)本發(fā)明的第三此類(lèi)方法中，所述工件感測(cè)探頭和所述工具設(shè)定探頭中的每一者相對(duì)于另一者進(jìn)行校準(zhǔn)或設(shè)定基準(zhǔn)。所述探頭中的一者的部分或特征可具有經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)大小或尺寸，且另一探頭是相對(duì)于所述經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)大小或尺寸，例如通過(guò)使所述探頭變?yōu)楦袦y(cè)關(guān)系的所述探頭之間的相對(duì)移動(dòng)而進(jìn)行校準(zhǔn)或設(shè)定基準(zhǔn)。具有經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)大小或尺寸的所述部分或特征可在相應(yīng)探頭的可移動(dòng)部分上。此第三方法可并入來(lái)自第一方法和第二方法中的任一者或兩者的進(jìn)一步優(yōu)選特征。

本發(fā)明還提供經(jīng)配置以當(dāng)在機(jī)床控制件中運(yùn)行時(shí)執(zhí)行以上方法中的任一者的軟件程序。本發(fā)明還提供經(jīng)配置以執(zhí)行這些方法的機(jī)床和機(jī)床控制件。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中：

圖1以圖解方式示出機(jī)床的操作性部分；

圖2到圖6說(shuō)明圖1的機(jī)床中的探頭執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法的步驟；以及

圖7是所述優(yōu)選方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出機(jī)床的操作性部分，包括工件可夾持到的床10以及其中可安裝切割工具的可旋轉(zhuǎn)主軸12。主軸12相對(duì)于床10在三個(gè)軸線維度X、Y、Z上可移動(dòng)。此移動(dòng)是由X、Y、Z電機(jī)30驅(qū)動(dòng)的，且通過(guò)在伺服循環(huán)中提供位置反饋的X、Y、Z編碼器或刻度尺32(或其它位置變換器)來(lái)測(cè)量。X、Y、Z移動(dòng)是由在機(jī)床的控制件18中運(yùn)行的程序來(lái)控制的，所述控制件通常也控制主軸12的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)?？刂萍?8可為常規(guī)CNC控制器或單獨(dú)計(jì)算機(jī)。雖然示出可移動(dòng)的主軸和固定的床，但作為一個(gè)替代方案，該固定的床可被可移動(dòng)的臺(tái)代替，從而提供相對(duì)于主軸在一個(gè)或多個(gè)維度中的移動(dòng)。

工具設(shè)定探頭14被夾持到床10。其可以用于調(diào)整切割工具。主軸探頭16被安裝在主軸12中，且可通過(guò)常規(guī)換刀工具(未圖示)與切割工具交換。主軸探頭16可以用于工件設(shè)置和/或用于測(cè)量工件。探頭14、16通過(guò)接口19將信號(hào)提供到機(jī)床的控制件18。主軸探頭16與接口19和控制件18之間的通信可通過(guò)無(wú)線收發(fā)器模塊20而提供，例如光學(xué)或紅外或無(wú)線電模塊，或通過(guò)感應(yīng)耦合而提供。工具設(shè)定探頭14在需要時(shí)也可通過(guò)無(wú)線收發(fā)器模塊與所述控制件通信。

在本實(shí)例中，探頭兩者都是接觸類(lèi)型。主軸探頭16具有觸針24，其通過(guò)彈簧而偏置到探頭主體中的靜置位置中，且當(dāng)觸針的工件接觸尖端28接觸工件時(shí)抵抗彈簧的力而偏斜。同樣，工具設(shè)定探頭14具有觸針22(在此實(shí)例中具有曲柄配置)，其偏置到探頭14的主體中的靜置位置中且當(dāng)被切割工具接觸時(shí)偏斜。觸針22的工具接觸觸針尖端26可呈任何常規(guī)形式，例如立方體、圓盤(pán)、圓柱體或球體。其具有當(dāng)供應(yīng)時(shí)優(yōu)選地經(jīng)鑒定的已知經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)尺寸。其可能已經(jīng)在例如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等單獨(dú)測(cè)量設(shè)備上測(cè)量。這與用于此類(lèi)探頭的已知觸針尖端相反，該已知觸針尖端當(dāng)供應(yīng)時(shí)可具有規(guī)定的標(biāo)稱(chēng)直徑或其它尺寸，但作為機(jī)床上的校準(zhǔn)過(guò)程的部分而確定實(shí)際或有效直徑(或其它尺寸)。在本實(shí)例中，工具設(shè)定探頭的觸針尖端26呈具有已知經(jīng)鑒定的經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)直徑的精確基底圓盤(pán)的形式。

探頭14、16是適當(dāng)?shù)挠|摸式觸發(fā)探頭，該探頭當(dāng)其可偏轉(zhuǎn)觸針接觸工件或切割工具或者被工件或切割工具接觸時(shí)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)。這致使控制件18在適當(dāng)時(shí)鎖存X、Y和/或Z刻度尺32的輸出，從而給出指示主軸12和床10的瞬時(shí)相對(duì)X、Y和/或Z位置的讀數(shù)。如果需要，替代于接觸式觸發(fā)探針，探頭16可為模擬或掃描探針，提供X、Y、Z輸出，用于測(cè)量觸針24由于與工件表面接觸所致的偏轉(zhuǎn)量。

在使用之前，需要對(duì)探頭14、16進(jìn)行校準(zhǔn)或“設(shè)定基準(zhǔn)”。這是通過(guò)使它們針對(duì)彼此進(jìn)行校準(zhǔn)而完成的，如圖2到圖6中以及圖7的流程圖中所示。

在任選的初步步驟40中，用戶(hù)例如用直尺來(lái)估計(jì)或測(cè)量從主軸12的前端到主軸探頭16的觸針尖端28的近似距離。將結(jié)果手動(dòng)地輸入到控制件18中，且該結(jié)果簡(jiǎn)單地為用以使控制件能夠在Z方向上預(yù)定位探頭16的正偏移，其中觸針尖端28在工具設(shè)定探頭14的圓盤(pán)26上方一個(gè)矮的任意距離處。主軸探頭觸針尖端28在工具設(shè)定探頭圓盤(pán)26上方的確切高度是不重要的，因此無(wú)需準(zhǔn)確執(zhí)行此步驟40中的測(cè)量。

替代地，在任選的初步步驟40中，用戶(hù)可估計(jì)或測(cè)量從機(jī)床的床10到主軸探頭16的觸針尖端28的距離。這被手動(dòng)地輸入到控制件18中，作為用于同一目的的負(fù)偏移。

如果已省略以上的預(yù)定位步驟40，那么可手動(dòng)地預(yù)定位主軸12，其中主軸探頭在圓盤(pán)26上方的任意高度處。然而，這可能需要較長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)槭謩?dòng)定位并且因?yàn)樵谙乱徊襟E42(如下文所論述的)中主軸可能需要以一個(gè)或多個(gè)相對(duì)慢的饋送速率移動(dòng)較大距離。

如圖2中所示，一旦在圓盤(pán)26上方被預(yù)定位，控制件18便運(yùn)行含有如下步驟的軟件宏程序。該程序可從例如磁帶、CD-ROM光盤(pán)或USB記憶棒的任何合適的機(jī)器可讀存儲(chǔ)媒體加載且存儲(chǔ)在控制件18中。

在步驟42中，接通工具設(shè)定探頭14(通過(guò)在接口19中另其使能)且從圖2中所示的位置在Z方向上向下饋送主軸12，以使得使主軸探頭16變?yōu)榕c工具設(shè)定探頭14的圓盤(pán)26接觸。當(dāng)主軸探頭16的觸針尖端28接觸工具設(shè)定探頭14的圓盤(pán)26時(shí)，觸針22偏斜且工具設(shè)定探頭14發(fā)出觸發(fā)信號(hào)到控制件18。這鎖存了Z刻度尺32的Z輸出，且阻止Z方向上的移動(dòng)。來(lái)自刻度尺的經(jīng)鎖存Z讀數(shù)被存儲(chǔ)在控制件18中，作為Z軸觸發(fā)位置(在機(jī)床的坐標(biāo)系中)，用于在測(cè)量期間作為基準(zhǔn)位置或偏移來(lái)隨后使用。

在步驟42中的此Z移動(dòng)應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地以這樣的饋送速率發(fā)生：該饋送速度對(duì)應(yīng)于在正常測(cè)量期間隨后將使用的饋送速率。這使得有可能校準(zhǔn)出所謂的“預(yù)行程”(在與圓盤(pán)26的實(shí)際接觸的時(shí)刻同Z刻度尺32被鎖存的時(shí)間之間的固定時(shí)間延遲期間，所行進(jìn)的恒定距離)。如果實(shí)際上以多于一個(gè)饋送速率做出測(cè)量，那么每一饋送速率將涉及不同的預(yù)行程的量。因此應(yīng)當(dāng)以每一饋送速率重復(fù)步驟42，且在控制件18中記錄對(duì)應(yīng)的Z軸觸發(fā)位置。舉例來(lái)說(shuō)，可能需要在切割工具旋轉(zhuǎn)時(shí)以及在切割工具靜止(不旋轉(zhuǎn))時(shí)設(shè)定該切割工具的Z長(zhǎng)度。通常，當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)將使用較低饋送速率，且當(dāng)不旋轉(zhuǎn)時(shí)將使用較高饋送速率。在此情況下，針對(duì)兩種饋送速率重復(fù)步驟42。

以上步驟42為工具設(shè)定探頭14設(shè)定了Z軸基準(zhǔn)位置或偏移，將針對(duì)此來(lái)參考切割工具的Z軸長(zhǎng)度的未來(lái)測(cè)量。已經(jīng)使用主軸探頭16的Z軸長(zhǎng)度借助其觸針24來(lái)設(shè)定此基準(zhǔn)位置或偏移。正如已經(jīng)提到的，主軸探頭的此Z軸長(zhǎng)度是任意的，其無(wú)需為已知的。即使其在任選的步驟40中被測(cè)量，此測(cè)量也可能是極近似且不準(zhǔn)確的，因?yàn)槟康氖呛?jiǎn)單地預(yù)定位探頭。這與現(xiàn)有技術(shù)方法形成對(duì)比，其中首先對(duì)照長(zhǎng)度量棒或切割工具(其被保持在主軸中且相對(duì)于主軸上的量規(guī)線具有準(zhǔn)確已知長(zhǎng)度)而對(duì)工具設(shè)定探頭的Z軸高度進(jìn)行校準(zhǔn)或設(shè)定基準(zhǔn)；且其中隨后通過(guò)使主軸探頭接觸抵靠這個(gè)經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)的工具設(shè)定探頭來(lái)校準(zhǔn)主軸探頭的Z軸長(zhǎng)度。在這些現(xiàn)有技術(shù)方法中，必須以與后續(xù)的工具設(shè)定和工件測(cè)量的所需準(zhǔn)確性相稱(chēng)的準(zhǔn)確性，來(lái)謹(jǐn)慎地設(shè)置具有已知長(zhǎng)度的長(zhǎng)度量棒或切割工具。

接著，斷開(kāi)工具設(shè)定探頭14且接通主軸探頭16(通過(guò)在接口19中禁用一者且使能另一者)。在步驟44中，控制件18經(jīng)編程以移動(dòng)主軸12以使得探頭16的觸針尖端28變?yōu)閺?X和-X方向(圖3和圖4)并且還從+Y和-Y方向(未示出)與圓盤(pán)26的側(cè)面相接觸。在此階段，圓盤(pán)26的精確X-Y位置是未知的，并且因此這些移動(dòng)并非確切地在圓盤(pán)26的X和Y直徑上發(fā)生。所述移動(dòng)發(fā)生而同時(shí)探頭16在主軸12中靜止(不旋轉(zhuǎn))。

因此，當(dāng)主軸探頭16的觸針尖端28接觸工具設(shè)定探頭14的圓盤(pán)26時(shí)，觸針24偏斜且主軸探頭16發(fā)出觸發(fā)信號(hào)到控制件18。當(dāng)接收到觸發(fā)信號(hào)時(shí)，在+X、-X、+Y和-Y方向上的四個(gè)接觸點(diǎn)中的每一者處從X和Y刻度尺32取得讀數(shù)。此步驟44使控制件18能夠更準(zhǔn)確地計(jì)算圓盤(pán)26的X、Y直徑的X和Y位置。可隨后在圓盤(pán)26的X和Y直徑上預(yù)定位探頭16以用于下一步驟46。然而，如果無(wú)需此步驟44便可以足夠準(zhǔn)確性定位探頭16，那么可省略此步驟44。

步驟44確定工具設(shè)定觸針圓盤(pán)26相對(duì)于主軸探頭16的觸針球28的X、Y位置。然而，這未必將給出圓盤(pán)相對(duì)于主軸12的旋轉(zhuǎn)軸的位置，因?yàn)樘筋^16可能安裝在主軸中而其觸針尖端28偏離旋轉(zhuǎn)軸。

因此，在步驟46中，探頭16在主軸12中旋轉(zhuǎn)，如圖5和圖6中的箭頭R所指示的。在連續(xù)地旋轉(zhuǎn)同時(shí)，沿著在步驟44中所確定的直徑再次使其變?yōu)閺?X和-X方向(如所示)并且還從+Y和-Y方向(未示出)與圓盤(pán)26接觸?？刂萍?8在接收到來(lái)自探頭16的觸發(fā)信號(hào)時(shí)針對(duì)每一接觸鎖存X-Y刻度尺讀數(shù)。即使探頭16安裝在主軸12中而其觸針尖端28偏離旋轉(zhuǎn)軸，也將饋送速率設(shè)定為相對(duì)于轉(zhuǎn)速足夠低，使得這些X-Y刻度尺讀數(shù)不受任何此類(lèi)離軸安裝的影響。此步驟因此使控制件18能夠確定圓盤(pán)26在X-Y平面中相對(duì)于主軸12的真實(shí)旋轉(zhuǎn)軸的位置。X方向上的圓盤(pán)的中心被確定為在+X和-X方向上取得的讀數(shù)之間的中點(diǎn)。Y方向上的圓盤(pán)的中心被確定為在+Y和-Y方向上取得的讀數(shù)之間的中點(diǎn)。

替代地，步驟46可如下來(lái)確定圓盤(pán)26相對(duì)于主軸12的真實(shí)旋轉(zhuǎn)軸的位置。并非連續(xù)地旋轉(zhuǎn)主軸探頭16而同時(shí)使其與圓盤(pán)接觸，而是在探頭12靜止(不旋轉(zhuǎn))的情況下取得+X、-X、+Y和-Y方向上的讀數(shù)中的每一者。然而，在+X與-X讀數(shù)之間，探頭12旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)180°。同樣，其也在+Y與-Y讀數(shù)之間旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)180°。如上，控制件18隨后使用該讀數(shù)之間的中點(diǎn)以確定圓盤(pán)26在X-Y平面中相對(duì)于主軸12的真實(shí)旋轉(zhuǎn)軸的真實(shí)位置。

如果存在觸針尖端28以旋轉(zhuǎn)軸為中心的置信度，那么可在無(wú)需主軸旋轉(zhuǎn)的情況下執(zhí)行此步驟46。然而，具有此置信度將很可能需要手動(dòng)檢查和調(diào)整，且避免此情況是有利的。

以上步驟校準(zhǔn)工具設(shè)定探頭14。我們現(xiàn)在有了在空間中具有已知大小和已知位置的人工制品(經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)的圓盤(pán)26)。即，圓盤(pán)26的直徑從其校準(zhǔn)值是已知的，且其在機(jī)床的坐標(biāo)系中的X-Y位置已如上相對(duì)于主軸12的旋轉(zhuǎn)軸被確定。主軸12可與工具設(shè)定圓盤(pán)26的中心對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)針對(duì)工具設(shè)定探頭14設(shè)定切割工具的Z軸長(zhǎng)度時(shí)，工具設(shè)定探頭14還具有Z軸基準(zhǔn)位置或偏移作為參考。這些值或者從其導(dǎo)出的偏移或基準(zhǔn)值(例如，涉及觸針圓盤(pán)26的周邊上的+X、-X、+Y、-Y接觸位置)被存儲(chǔ)在控制件18中，以當(dāng)進(jìn)行后續(xù)測(cè)量時(shí)使用以便設(shè)定切割工具。然而應(yīng)注意，當(dāng)工具設(shè)定探頭14被切割工具觸發(fā)時(shí)，其將經(jīng)歷預(yù)行程。這可通過(guò)對(duì)+X、-X、+Y、-Y接觸位置加上或減去從經(jīng)驗(yàn)確定的恒定距離(例如，40μm)來(lái)校準(zhǔn)出。通過(guò)此經(jīng)驗(yàn)值來(lái)適當(dāng)調(diào)整所存儲(chǔ)的校準(zhǔn)值或偏移。

接著，校準(zhǔn)主軸探頭16。在步驟48中，在探頭16靜止(不旋轉(zhuǎn))的情況下，再次抵靠著工具設(shè)定圓盤(pán)26從+X和-X方向并且還從+Y和-Y方向接觸觸針尖端28。此時(shí)，不同于圖3和圖4，主軸12在X和Y軸中與圓盤(pán)26的直徑對(duì)準(zhǔn)，如在步驟46中所見(jiàn)。當(dāng)由于這些接觸而使探頭16發(fā)出觸發(fā)信號(hào)時(shí)，分別鎖存X和Y刻度尺讀數(shù)。此步驟的目的是獲得測(cè)量工件時(shí)所使用的觸針偏移(通過(guò)主軸探頭16探測(cè)工件而測(cè)量它們)，其被存儲(chǔ)在控制件18中。這至少部分地校準(zhǔn)主軸探頭16以用于X-Y測(cè)量。

最后，在步驟50中完成主軸探頭16的校準(zhǔn)。這確定主軸探頭16的觸針球28的有效半徑或直徑，和其相對(duì)于工具設(shè)定探頭14的圓盤(pán)26的位置。將回想起到，一般來(lái)說(shuō)，在主軸12中安裝探頭16可以使得觸針球28的位置不與主軸12的旋轉(zhuǎn)軸重合。步驟48中的測(cè)量在旋轉(zhuǎn)軸(而不是觸針球28)與圓盤(pán)26對(duì)準(zhǔn)的情況下發(fā)生，這使得不能充分準(zhǔn)確地確定觸針球28的半徑和位置。

因此，在步驟50中，在探頭16靜止(不旋轉(zhuǎn))的情況下，再次抵靠著工具設(shè)定圓盤(pán)26從+X和-X方向并且還從+Y和-Y方向接觸觸針尖端28。來(lái)自主軸探頭16的所得觸發(fā)信號(hào)用以如先前那樣鎖存X、Y刻度尺32。假定控制件18首先取得+X和-X讀數(shù)，則其隨后確定這兩個(gè)讀數(shù)之間的中點(diǎn)。這給出在X方向上觸針球28相對(duì)于工具設(shè)定圓盤(pán)26的中心。接著，使用此信息，控制件移動(dòng)主軸12以使觸針球28的中心與圓盤(pán)26的Y直徑對(duì)準(zhǔn)，且取得+Y和-Y讀數(shù)。+Y與-Y讀數(shù)之間的中點(diǎn)同樣給出在Y方向上觸針球28相對(duì)于工具設(shè)定圓盤(pán)26的中心。此外，通過(guò)從+Y與-Y讀數(shù)之間的差減去圓盤(pán)26的已知經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)直徑而計(jì)算觸針球28的直徑。通過(guò)將此直徑除以二來(lái)計(jì)算觸針球28的有效半徑。

步驟48和步驟50中使用的饋送速率應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地對(duì)應(yīng)于在工件上的探測(cè)測(cè)量期間將使用的饋送速率。如關(guān)于步驟42所描述的，這校準(zhǔn)出預(yù)行程(在與圓盤(pán)26的實(shí)際接觸的時(shí)刻與鎖存X和/或Y刻度尺32的時(shí)間之間的固定時(shí)間延遲期間，所行進(jìn)的恒定距離)。控制件18因此考慮該預(yù)行程，評(píng)估觸針球28的所謂“電子”半徑或有效半徑而不是其物理半徑。如果在探測(cè)測(cè)量期間將使用多于一個(gè)饋送速率，那么優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)以每一饋送速率重復(fù)步驟48和步驟50。

當(dāng)在X-Y平面中的不同方向(向量角度)上探測(cè)時(shí)，接觸式觸發(fā)探頭通常具有不同的預(yù)行程值。因此，如果將使用不同的X-Y探測(cè)方向，那么可針對(duì)這些方向中的每一者而不是僅針對(duì)+X、-X、+Y和-Y方向來(lái)重復(fù)步驟50。這給出對(duì)應(yīng)于每一方向(每一向量角度)的觸針球的“電子”或有效半徑。舉例來(lái)說(shuō)，控制件可對(duì)應(yīng)于12個(gè)向量角度來(lái)計(jì)算且存儲(chǔ)多達(dá)12個(gè)有效觸針半徑。

所得到的觸針球的半徑和位置的值由控制件18中的程序使用以校正工件的后續(xù)測(cè)量。

所描述的方法可與探頭14、16一起使用，探頭14、16的觸針被偏置到靜置位置中且具有固定彈簧率和彈簧預(yù)負(fù)載(這通過(guò)它們的設(shè)計(jì)或在它們的制造期間來(lái)設(shè)定)。該方法也可以與可由用戶(hù)來(lái)調(diào)整彈簧率或預(yù)負(fù)載的探頭一起使用。探頭14、16的有效X-Y軸彈簧率和/或彈簧預(yù)負(fù)載優(yōu)選地相對(duì)于彼此來(lái)設(shè)定，以使得在步驟44、46、48和50中，主軸探頭16的觸針24在工具設(shè)定探頭14的觸針22之前在X-Y方向上偏斜。如果工具設(shè)定探頭14的觸針22被偏置到其靜置位置中且具有比主軸探頭的觸針24顯著更大的有效X-Y預(yù)負(fù)載，則這可以實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，以使得在觸針24的初始X-Y偏轉(zhuǎn)和主軸探頭16的觸發(fā)期間工具設(shè)定觸針22被保持在其靜置位置中。替代地，探頭的相應(yīng)有效X-Y彈簧率可以使得在主軸探頭12觸發(fā)時(shí)工具設(shè)定觸針22僅偏斜相對(duì)較小的量。工具設(shè)定觸針的此小量的移動(dòng)可影響在步驟50中對(duì)主軸探頭觸針尖端28的有效半徑的確定。然而，這可以通過(guò)從觸針尖端28的有效半徑減去由經(jīng)驗(yàn)確定的小恒定值(例如，2μm)來(lái)補(bǔ)償。

另一方面，探頭14、16的有效Z軸彈簧率和/或預(yù)負(fù)載優(yōu)選地相對(duì)于彼此而設(shè)定，以使得在步驟42中，工具設(shè)定探頭14的觸針22在主軸探頭16的觸針24之前在Z方向上偏斜。

為了確定在給定方向上的有效彈簧率或預(yù)負(fù)載，應(yīng)當(dāng)根據(jù)由觸針22、24的長(zhǎng)度和配置產(chǎn)生的杠桿作用來(lái)考慮實(shí)際彈簧率和預(yù)負(fù)載。

如上文所描述，來(lái)自工具設(shè)定探頭14的觸發(fā)信號(hào)用于Z軸校準(zhǔn)。然而，可改為使用來(lái)自主軸探頭16的觸發(fā)信號(hào)，例如重新布置兩個(gè)探頭的相對(duì)彈簧率和預(yù)負(fù)載。同樣，來(lái)自工具設(shè)定探頭14的觸發(fā)信號(hào)可以用于X-Y校準(zhǔn)，而不是來(lái)自主軸探頭16的觸發(fā)信號(hào)。再次，期望的是重新布置探頭的相對(duì)彈簧率和預(yù)負(fù)載。

并非如上文所描述接通和斷開(kāi)探頭14、16，而是可以一起使能兩者，且從首先觸發(fā)的任一個(gè)探頭取得觸發(fā)信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)此情況，接口19可包括對(duì)來(lái)自?xún)蓚€(gè)探頭的輸入執(zhí)行邏輯或(OR)功能的硬件或軟件。

可以理解的是，不同于現(xiàn)有技術(shù)中的經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)人工制品，圓盤(pán)26相對(duì)于機(jī)床的床或臺(tái)10不在固定位置。實(shí)際上，其經(jīng)設(shè)計(jì)以在正常工具設(shè)定操作期間被切割工具接觸時(shí)在方向X、Y、Z中的任一方向上移動(dòng)。然而，如上所述來(lái)設(shè)定探頭14、16的彈簧率或預(yù)負(fù)載，以使得在步驟46、48或50期間圓盤(pán)26的任何移動(dòng)相對(duì)于校準(zhǔn)的所需準(zhǔn)確性都是小的。替代地，如果此移動(dòng)是顯著的，那么可通過(guò)對(duì)讀數(shù)減去或加上鑒于經(jīng)驗(yàn)所確定的恒定補(bǔ)償值來(lái)補(bǔ)償圓盤(pán)的測(cè)得的位置。

并非使用工具設(shè)定探頭14的觸針26上的經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)尺寸，而是有可能使用在具設(shè)定探頭上在別處提供的經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)尺寸，例如該探頭的外殼的一部分的直徑。

除任選的第一步驟40之外，以上方法可在程序控制下自動(dòng)進(jìn)行，而不需要熟練技術(shù)員的干預(yù)。與花費(fèi)30分鐘的現(xiàn)有技術(shù)方法相比，這可以在少于兩分鐘內(nèi)完成。甚至第一步驟40也是容易的且需要極少技能，因?yàn)槠涫莾H以直尺進(jìn)行的近似測(cè)量。所述探頭是通過(guò)以其中每一者探測(cè)另一者來(lái)簡(jiǎn)單地校準(zhǔn)。不需要輔助校準(zhǔn)人工制品，例如具有已知尺寸的經(jīng)預(yù)校準(zhǔn)球體、環(huán)量規(guī)、長(zhǎng)度量棒或工具。也不需要使用例如標(biāo)度盤(pán)測(cè)試指示器等手動(dòng)測(cè)量設(shè)備來(lái)謹(jǐn)慎地確保這些人工制品準(zhǔn)確地設(shè)置或準(zhǔn)確地以主軸的旋轉(zhuǎn)軸為中心。

如上文所描述，在步驟44到步驟50(用于X-Y軸中的校準(zhǔn))之前執(zhí)行步驟40、42(用于Z軸中的校準(zhǔn))。然而，可同等地在X-Y校準(zhǔn)之后執(zhí)行Z軸校準(zhǔn)。也可能在無(wú)X-Y校準(zhǔn)的情況下執(zhí)行Z軸校準(zhǔn)，或反之亦然。

可修改以上實(shí)例以應(yīng)用于其它機(jī)床配置，例如車(chē)床。在車(chē)床中，探頭16可安裝在也保持切割工具的可移動(dòng)轉(zhuǎn)塔中。如果探頭16未安裝在可旋轉(zhuǎn)主軸中，那么必須在無(wú)旋轉(zhuǎn)的情況下執(zhí)行步驟46。工具設(shè)定探頭14可安裝在固定床上。替代地，該探頭可安裝在可移動(dòng)臂上，例如可從本申請(qǐng)人Renishaw plc購(gòu)得的HP系列的工具設(shè)定臂中的一者，這使得能夠當(dāng)需要校準(zhǔn)和工具設(shè)定時(shí)使其移動(dòng)到操作位置中，且在正常機(jī)械加工期間移動(dòng)開(kāi)而不擋路。