CN100503157C - 用于机加工设备的表面形状测定装置及表面形状测定方法 - Google Patents
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Abstract
在空气喷射喷嘴(23)的前端与被加工工件(W)分离开预定间隔h的状态下，空气喷射喷嘴(23)以恒定的速定沿X轴方向移动，从喷嘴主体(27)的喷射孔(27a)喷射空气，并且移动通过工件W的被加工孔(Wb、Wc)的中心(O1、O2)。通过压力测量单元(30)测量压力的变化。基于压力的曲线Lx的倾斜部分(Ld、Lu)的中心点(T1、T2)的相对于被测X轴坐标的坐标，计算孔Wb、Wc的中心O1、O2的X轴坐标、孔直径E和中心间隔距离D1。
Description
技术领域
本发明涉及表面形状测定装置。
背景技术
一般来说，在机床中，工件通过工件支撑台被床身的上表面支撑，并且利用安装至主轴装置的工具对工件进行加工，主轴装置被数字控制，以分别沿着X、Y、Z轴的三个轴向相类似地在床身的上表面上移动。为了测量主轴装置的Z轴方向上的位置，可以使用各种方法，例如，利用激光、近程传感器或接触传感器等进行长度测量。在使用传感器测量位移时，克服环境阻力，诸如在线(in-line)操作、冷冻剂雾气、切削碎片或温度改变等恶劣环境的可靠性差，并且存在着这样的问题，例如读取误差、温度漂移或咬住切削碎片等等。
为了解决上述问题，在日本专利未审查出版物JP-A-2002-357410中提出了一种位置检测设备。根据所述位置检测装置，从流体供给源通过固定喉部传送至喷嘴的流体从喷嘴前端处的喷射孔喷至工件或类似物的检查部分，并且通过提供喷嘴背压检测检查部分的位置。
另一方面，在日本专利未审查出版物JP-A-10-339623中公开了一种设备，用于测量工具所加工的工件的工件孔的孔位置以及孔直径。根据所述的测量设备，设置在测量仪器处的测量件被插入设定在工件定位夹具处的工件的被测孔中，并且通过沿与测量件的纵向相垂直的方向从设置在测量件前端部分附近的多个喷射口喷射空气，检测空气的各个背压。此外，计算被测孔的孔直径，并且通过计算从各个空气喷射口至工件孔的内周边表面的距离，计算被测孔的中心位置。
然而，根据JP-A-2002-357410的位置检测设备，存在这样的问题：即，虽然能够检测工件或类似物的被测部分的位置，然而不能测量被测物体的表面形状。
此外，根据JP-A-10-339623的用于测量孔直径和孔位置的设备，具有将测量件插入被测孔的构造。因此，存在这样的问题：即，测量操作较繁琐，且测量时间延长。此外，很难跟随孔直径的改变，并且很难应用于孔直径较小的工件孔。
发明内容
本发明的目的之一是解决所述问题，并且提供一种表面形状测定装置，它能够测量和通知被测物体的表面形状，并且能够检测被测物体的位置。
并且，除了上述第一目的之外，本发明的另一目标是提供一种表面形状测量装置，它能够容易地测量工件的工件孔的孔直径以及孔中心之间的距离。
此外，本发明的其他目的之一是提供一种表面形状测定装置，它能够校正用于加工工件的加工数据中有关主轴装置在三个轴向上的移动量。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于机加工设备的表面形状测定装置，所述机加工设备利用安装至主轴装置的工具加工工件，所述主轴装置被进行数字控制以沿X、Y和Z轴移动，所述表面形状测定装置测定被测物体的表面形状并且包括：
流体喷射单元，用于将流体从流体供给源供应至安装在主轴装置上的喷嘴，并且将流体从喷嘴的前端喷射至被测物体；
压力测量单元，用于测量流体喷射单元的流体的压力；
喷嘴移动控制单元，用于使喷嘴和主轴装置一起移动；
表面形状计算单元，用于根据压力测量单元所测得的流体压力的变化来计算被测物体的表面形状；以及
通知单元，用于通知表面形状计算单元所计算出的表面形状的数据，
其中，被测物体是设置在参考位置处的夹具，所述夹具是与工件分立的部件，
所述表面形状测定装置还包括：
Z轴初始坐标值设定单元，用于设定Z轴初始坐标位置处的Z轴初始坐标值，所述Z轴初始坐标位置是主轴装置与夹具平面部分相对并且沿Z轴方向在喷嘴的前端与夹具的平面部分之间具有恒定的预定距离的位置；
X轴初始坐标值设定单元，用于设定X轴初始坐标位置处的X轴初始坐标值，所述X轴初始坐标位置是主轴装置与形成在夹具上的第一阶梯部分相对并且沿Z轴方向在喷嘴的前端与第一阶梯部分之间具有恒定的预定距离的位置；
Y轴初始坐标值设定单元，用于设定Y轴初始坐标位置处的Y轴初始坐标值，所述Y轴初始坐标位置是主轴装置与形成在夹具上的第二阶梯部分相对并且沿Z轴方向在喷嘴的前端与第二阶梯部分之间具有恒定的预定距离的位置；
加工前初始数据存储单元，用于存储加工前初始数据，所述加工前初始数据包括三个轴的坐标与压力之间的各个关系，所述压力是在加工工件之前通过移动喷嘴以便经过三个轴的各个初始坐标位置，并且将流体喷射至夹具，从而由压力测量单元测得的；
加工后数据存储单元，用于存储加工后数据，所述加工后数据包括三个轴的坐标与压力之间的各个关系，所述压力是在加工工件之后连续地移动喷嘴至三个轴的各个初始坐标位置，并且将流体喷射至夹具，从而由压力测量单元测得的；
测量坐标值产生单元，用于根据加工前初始数据和加工后数据产生三个轴的各个测量坐标值；以及
移动量校正单元，用于根据各个初始坐标值和各个测量坐标值校正工件数据中的主轴装置在三个轴上的移动量。
优选地，所述表面形状计算单元计算形成在被测物体上的孔或阶梯部分的位置。
优选地，所述表面形状计算单元计算被测物体的平度。
优选地，所述表面形状测定装置还包括：
中心坐标计算单元，用于计算形成在被测物体上的孔的中心坐标；
孔直径计算单元，用于计算孔直径；以及
距离计算单元，用于计算孔中心之间的距离。
优选地，所述喷嘴移动控制单元在保持流体喷射单元的喷嘴的前端与被测物体的检查表面之间的距离的状态下，以恒定的速度使喷嘴和主轴装置一起移动。
优选地，倾斜表面设置在夹具的平面部分与第一阶梯部分和第二阶梯部分之间，以及
当倾斜表面接近第一或第二阶梯部分时，倾斜表面从喷嘴的前端离开。
本发明还提供一种用于机加工设备的表面形状测定方法，所述机加工设备利用安装至主轴装置的工具加工工件，所述主轴装置被进行数字控制以沿X、Y和Z轴移动并且包括用于喷射流体的喷嘴和用于测量流体压力的压力测量单元，所述表面形状测定方法测定被测物体的表面形状，并且包括步骤：
在沿着X和Y轴方向以恒定的速度移动喷嘴，并且喷嘴与工件的加工表面之间的距离被保持在预定值的同时，将流体从喷嘴喷射至被测物体，并且利用压力测量单元测量流体的压力；以及
根据流体的测量压力计算被测物体的表面形状，
其中，所述方法还包括步骤：
在加工工件之前，设定喷嘴的三个轴的初始坐标值；
沿三个轴移动喷嘴以便经过三个轴的各个初始坐标位置，并且从喷嘴的前端喷射流体，以便测量加工工件之前三个轴的各个坐标和压力；
存储喷嘴的加工前初始数据，所述数据包括加工工件之前的三个轴的各个坐标和压力；
从主轴装置移去喷嘴，并且将加工工具安装至主轴装置；
沿三个轴向移动主轴装置，从而利用加工工具加工工件；
在完成加工之后移去加工工具，并且将喷嘴安装至主轴装置；
通过将喷嘴连续地移动至各个初始坐标位置，将流体从喷嘴的前端喷射至被测物体，以便测量压力和三个轴的各个坐标，从而测量加工工件之后在喷嘴的三个轴的各个初始坐标位置处的压力；
存储加工后数据，所述数据包括加工工件之后的三个轴的坐标与压力之间的各个关系；
根据加工前初始数据和加工后数据产生三个轴的测量坐标值；以及
根据三个轴的初始坐标值和所测得的坐标值校正移动量。
优选地，所计算的被测物体的表面形状包括形成在被测物体上的孔的中心坐标、孔的孔直径、孔的中心间隔距离或者被测物体的平度。
根据上述方面所述的本发明，能够检测被测物体的位置，并且能够测量和通知被测物体的表面形状。
除了上述效果外，本发明还能够通过表面形状计算单元计算形成在被测物体上的孔或阶梯部分的位置。
除了上述效果外，本发明还能够通过表面形状计算单元计算被测物体的平度。
除了上述效果外，本发明还能够通过表面形状计算单元、用于计算孔的中心坐标的装置、用于计算孔直径的装置以及用于计算多个孔的中心间隔距离的装置，计算形成在作为被测物体的工件上的多个孔的中心坐标、孔直径以及孔的中心间隔距离。
除了上述效果外，本发明通过喷嘴移动控制单元，在利用喷嘴移动控制单元保持流体喷射单元的喷嘴的前端与被测物体的表面之间的距离恒定的状态下，能够通过主轴装置以恒定的速度移动喷嘴，因此，能够提高测定被测物体的形状的精度。
除了上述效果外，本发明能够校正主轴装置在工件的加工数据的三个轴向上的移动量。从而，能够提高工件的加工精度。
除了上述效果外，本发明能够将X轴和Y轴方向上的压力数据和初始坐标的每单位距离上的压力改变量设置得较大，并且通过提高压力的检测精度，能够提高主轴装置在三个轴向上的移动量的校正精度。
附图说明
图1是根据本发明的从Y轴方向看时的垂直剖视图，示出了空气喷射喷嘴与被测物体之间的关系；
图2是从Z轴方向看时的前视图，示出空气喷射喷嘴与被测物体之间的关系；
图3示出Z轴坐标与空气喷射喷嘴所喷射的压力之间的关系的曲线图；
图4示出X轴坐标与空气喷射喷嘴所喷射的压力之间的关系的曲线图；
图5示出Y轴坐标与空气喷射喷嘴所喷射的压力之间的关系的曲线图；
图6是机床的整个构造的前视图；
图7是控制系统的方框电路图；
图8所示剖视图示出被加工工件与空气喷射喷嘴之间的关系；
图9所示平面视图示出被加工工件与空气喷射喷嘴之间的关系；
图10是用于解释机床的各种操作的流程图；
图11示出本发明另一实施例的剖视图；
图12示出本发明另一实施例的剖视图；以及
图13示出根据其他实施例的坐标与压力之间的关系的曲线图。
具体实施方式
以下将参考图1至10，解释实施本发明的表面形状测定装置的实施例。
首先，将解释机床的大概构造。如图6所示，床身11的上表面安装有工件支撑台12，用于支撑作为被测物体的工件W。Z轴导轨13置于床身11的上表面上，Z轴滑动座架14被Z轴导轨13支撑，并且通过Z轴驱动机构40A(参考图7)的驱动沿Z轴方向(图6中的左和右方向)往复移动，稍后描述。X轴导轨15置于Z轴滑动座架14的上表面上，X轴滑动座架16安装至X轴导轨15，并且通过X轴驱动机构40B(参考图7)的驱动沿X轴方向(图6中垂直于纸表面的方向)往复移动，稍后描述。柱体17竖立在X轴滑动座架16的上表面处，Y轴导轨18置于柱体17的前表面处，Y轴导轨18安装有Y轴滑动座架19，并且所述Y轴滑动座架19通过Y轴驱动机构40C(参考图7)的驱动沿Y轴方向(图6中上和下方向)往复移动，稍后描述。
Y轴滑动座架19安装有主轴装置20，可转动地支撑在主轴装置20的内部的主轴21通过喷嘴保持件22安装有空气喷射喷嘴23，用于喷射作为流体的空气。利用工具互换设备(未示出)从主轴21中取出喷嘴保持件22，并且用安装有工具的工具保持件(未示出)替换喷嘴保持件。
工件支撑台12的上表面连接有夹具26，作为与工件W分离开的被测物体。如图1所示，空气喷射喷嘴23设有：喷嘴主体27，其包括喷射孔27a和压力室27b；孔口28，其包括被固定地装配至压力室27b的喉部通路28a。孔口28的基端部分被供以来自空气供给源29的压缩空气，其中所述空气供给源29作为压缩机或类似物的流体供给源。电磁型开/关阀V设置在空气喷射喷嘴23与空气供给源29之间。压力检测室R形成在喷射孔27a与喉部通路28a之间，作为压力测量单元的压力测量单元30安装至喷嘴主体27且与压力检测室R连通。通过提供孔口28，能够减小压力检测室R中的压力变化。
根据实施例，流体喷射单元由主轴装置20、主轴21、喷嘴保持件22、空气喷射喷嘴23、喷嘴主体27、孔口28和空气供给源29以及类似部件构成。
如图1和2所示，夹具26形成有作为被测表面的平面部分26a，与平面部分26a分离开预定距离的夹具26的位置被用来构成Z轴初始坐标位置Pz。并且，在夹具26的右侧且在作为第一阶梯部分的第一端表面26b上方的预定位置，即，沿X轴方向与Z轴初始坐标位置Pz分离开预定距离的位置被用来构成X轴初始坐标位置Px。并且，如图2所示，在夹具26的上端处且在作为第二阶梯部分的第二端表面26c上方的预定位置，即，沿Y轴方向与Z轴初始坐标位置Pz分离开预定距离的位置被用来构成Y轴初始坐标位置Py。
夹具26的平面部分26a涂敷有聚四氟乙烯或类似物的涂层，这样，切削碎片、灰尘和污物或类似物不会附于其上。并且，喷嘴主体27设有辅助空气喷射喷嘴(未示出)，用于去除附在夹具26的平面部分26a上的诸如切削碎片或类似物等外部物质。
接着，将参考图7解释用于校正机床的工件的加工数据的控制系统。
控制设备31设有中央处理单元(CPU)32，用于处理各种操作。CPU32与可重写不挥发存储器33连接，所述存储器33存有各种加工数据或测量程序等，所述各种加工数据作为控制机床操作的加工数据。并且，CPU32与用于存储各种数据的可读写随机存储器(RAM)34连接。CPU32通过输入/输出接口35与键盘或鼠标等输入装置36连接。CPU32类似地通过输入/输出接口37与作为通知单元的显示设备38连接。CPU32类似地通过输入/输出接口39以及驱动电路(未示出)与Z、X、Y轴的各个轴驱动机构40A、40B、40C连接，主轴装置被进行数字控制，以分别沿X、Y、Z轴方向移动。
CPU32通过输入/输出接口35与压力测量单元30连接。CPU32通过输入/输出接口39以及驱动电路(未示出)与空气供给源29和开口/关阀V连接。
CPU32设有喷嘴恒定速度移动控制单元41，作为喷嘴移动控制单元，用于在如图1所示保持夹具26的平面部分26a与空气喷射喷嘴23之间的间隔h(例如，0.5mm)的状态下，以恒定的速度移动主轴装置20和空气喷射喷嘴23。并且，CPU32设有Z、X、Y轴初始坐标值设定单元42，用于分别设定Z轴初始坐标值、X轴初始坐标值和Y轴初始坐标值。在设置三个轴的初始坐标值时，在将空气喷射喷嘴23连续移至上述图1和2所示Z轴、X轴、Y轴的各个初始坐标位置Pz、Px、Py的状态下，操作者操作输入装置36，由此，通过初始坐标值设定单元42连续地设定各个初始坐标值。
CPU32设有初始Z、X、Y轴坐标和压力数据设定单元43，作为加工前初始数据存储单元。坐标和压力数据设定单元43具有这样的功能：在移动空气喷射喷嘴23以经过Z轴初始坐标位置Pz(如图1所示)、并且形成此时的间隔h之间的关系的数据的同时，从喷射孔27a喷射空气至夹具26的平面部分26a。即，Z轴方向上的坐标和压力测量单元30所测得的压力被设定为如图3中所示的曲线。并且，坐标和压力数据设定单元43具有这样的功能：在沿X轴方向移动空气喷射喷嘴23以经过X轴初始坐标位置Px、并且形成此时的X轴方向上的坐标与压力测量单元30所测得的压力之间的关系的数据(如图4中曲线所示)的同时，从喷嘴主体27的喷射孔27a喷射空气至第一端面26b。类似地，坐标和压力数据测量单元43具有这样的功能：在沿Y轴方向移动空气喷射喷嘴23以经过Y轴初始坐标位置Py、并且形成有关此时的Y轴方向上的坐标与压力测量单元30所测得的压力之间的关系的数据(如图5中曲线所示)的同时，从喷嘴主体27的喷射孔27a喷射空气至夹具26的第二端面26c。
CPU32设有加工后数据存储单元，用于存储加工后数据，所述加工后数据包括三个轴的坐标与压力之间的各个关系，所述压力是通过压力测量单元30测得的，以在加工工件之后将喷嘴23连续地移动至三个轴的各个初始坐标位置，并喷射流体至工件。CPU32还设有测量坐标值产生单元44。测量坐标值产生单元44具有这样的功能：根据加工工件之后通过移动空气喷射喷嘴23至各个初始坐标位置Pz、Px、Py而分别测得的被测压力以及已经存储在加工后数据存储单元中的初始坐标和压力数据，分别计算实际测得的三个轴的坐标值。
CPU32设有移动量校正单元45。移动量校正单元45具有这样的功能：基于先前设定的三个轴的初始坐标值以及实际测得的坐标值，校正加工数据中移动主轴装置20的量。
CPU32设有表面形状计算单元46，用于基于来自压力测量单元30的被测压力数据，计算作为被测物体的工件W的加工表面的表面Wa的形状。类似地，CPU32设有中心坐标计算单元47，用于计算在工件W上被加工的孔Wb、Wc的中心坐标O1xy、O2xy。类似地，CPU32设有孔直径计算单元48，用于计算孔直径E。当两个加工孔Wb、Wc形成在工件W的表面Wa处且沿X轴方向在两个加工孔之间具有预定间隔时，中心坐标计算单元47和孔直径计算单元48通过以下过程计算中心坐标O1xy、O2xy和孔直径E。
首先，通过喷嘴恒定移动控制单元41，空气喷射喷嘴23沿X轴方向以与工件W的表面Wa分离开的状态以恒定的速度移动，并且那一时刻的压力通过压力测量单元30而被测量。被测压力成为横坐标为X轴坐标、纵坐标为压力的曲线图中的曲线Lx，如图8所示，并且数据被存至RAM34，作为表面形状数据。因此，通过利用中心坐标计算单元47计算曲线Lx的倾斜部分Ld和倾斜部分Lu的压力改变点的中心点，工件孔Wb、Wc的中心O1、O2的X轴方向的坐标O1x、O2x被设定，其中在倾斜部分Ld处压力降低，而在倾斜部分Lu处压力升高。接着，通过两次沿Y轴方向移动空气喷射喷嘴23以分别经过孔Wb、Wc，如图9所示，类似于相对于X坐标的坐标测量和计算，计算相对于工件孔Wb、Wc的中心O1、O2的Y轴方向的坐标O1y、O2y。通过中心坐标计算单元47，根据X轴坐标O1x、O2x以及Y轴坐标O1y、O2y，计算工件孔Wb、Wc的中心坐标O1xy、O2xy。
接着，通过沿X轴(或Y轴)方向移动空气喷射喷嘴23以分别经过工件孔Wb、Wc的中心坐标O1xy、O2xy，压力数据被存储，并且基于压力数据，利用孔直径计算单元48分别计算工件孔Wb、Wc的孔直径E的尺寸。通过计算压力数据的曲线Lx(或曲线Ly)的倾斜部分Ld和倾斜部分Lu的各个中心点T1、T2的位置的坐标，来计算所述尺寸。
CPU32设有中心间隔距离计算单元49，用于计算在工件W上被加工的孔Wb、Wc的中心O1、O2之间的距离D1。中心间隔距离计算单元49基于在先计算出的工件孔Wb、Wc的中心坐标O1xy、O2xy计算中心间隔距离D1。
可重写不挥发存储器33设有加工程序存储区域50，用于存储控制工件的加工操作所用的加工数据，并且设有初始坐标值存储区域51，用于存储在先设定的Z轴、X轴、Y轴的初始的各个坐标值。并且，可重写不挥发存储器33设有加工前初始数据存储区域52，作为用于存储初始坐标和压力数据的初始坐标和压力数据存储装置。RAM34设有加工后数据存储区域53，用于存储三个轴的被测压力数据，并且设有测量坐标值存储区域54，作为存储测量坐标值产生单元44所产生的测量坐标值的测量坐标值存储装置。
接着，将描述如上所构造的机床的各种操作。
下面将参考图10描述机床的各种操作。
在图10的步骤S1，在安装至主轴装置20的空气喷射喷嘴23的Z、X、Y轴的三个轴向上的初始坐标值被如上所述地连续设置，以存储至存储区域51。在步骤S2，示出空气喷射喷嘴23的初始坐标和压力数据与如上所述压力之间的关系的初始坐标和压力数据，被存储至加工前初始数据存储区域52。接着，在步骤S3，空气喷射喷嘴23从主轴装置20的主轴21上移除，并且例如安装有钻头的工具保持件(未示出)被安装至主轴装置20的主轴21。
接着，在步骤S4，通过沿三个轴向移动主轴装置20，利用钻头在工件W上加工孔。如图8和9所示，工件W在沿X轴方向上彼此分离开预定距离的两个位置处形成有孔Wb、Wc。并且，通过将工具从钻头更换至刀具，完成(finish)工件的表面。
在步骤S5，在完成加工之后，加工工具(例如钻头)随工具保持件一起从主轴21上被移去，并且空气喷射喷嘴23被安装至主轴21。在步骤S6，空气喷射喷嘴23的前表面沿Z轴方向与被加工工件W的表面Wa分离开预定的间隔h，空气喷射喷嘴23如上所述沿X轴方向和Y轴方向以保持间隔h恒定的方式移动，以存储压力数据，并且利用中心坐标计算单元47计算孔Wb、Wc的中心坐标O1xy、O2xy。
接着，在步骤S7，通过孔直径计算单元48，孔Wb、Wc的孔直径E的尺寸如上所述地被计算。在步骤S8，基于在先计算出的加工孔Wb、Wc的中心坐标O1xy、O2xy，通过中心间隔距离计算单元49计算孔Wb、Wc之间的中心间隔距离D1。并且，在步骤S9，通过表面形状计算单元46计算工件W的表面Wa的平面状态。
接着，在步骤S10，空气喷射喷嘴23移至夹具26侧面，在三个轴的初始坐标位置Pz、Px、Py处的压力分别如上所述地被测量，并且测得的坐标和压力数据存储到加工后数据存储区域53。在步骤S11，基于各个轴坐标的被测压力数据和在先存储的初始坐标和压力数据，通过测量坐标值产生单元44计算三个轴的测量坐标值。在步骤S12，基于三个轴的初始坐标值以及三个轴的测量坐标值，通过移动量校正单元45，校正加工数据的移动主轴装置20的量。
从而，通过将被连续加工的工件W的加工工具，提高了加工精度。
根据测定在实施例的机床中被测物体的表面形状的所述设备，可以获得以下效果：
(1)根据实施例，在沿X轴方向或Y轴方向以空气喷射喷嘴23与工件W分离开预定的间隔h的状态且以恒定的速度移动空气喷射喷嘴23的同时，将空气喷射至工件W的表面Wa，由此利用压力测量单元30来测量压力。因此，工件W的被加工表面Wa的平度能够通过压力的变化而被测量。
(2)根据实施例，通过沿X轴方向或Y轴方向移动空气喷射喷嘴23以经过工件W的多个被加工孔Wb、Wc，测量压力的变化，并且基于压力的变化，通过孔直径计算单元48和中心间隔距离计算单元49，能够如上所述地计算孔直径E的大小和中心间隔距离D的大小。因此，不需要将测量件或类似物插入孔中，并且能够快速地、简单地实施测量操作。并且，能够容易地测量小直径的孔的大小以及大直径的孔的大小。
(3)根据实施例，夹具26设在工件支撑台12附近的参考位置处，在空气喷射喷嘴23的三个轴向上相对于夹具26的初始坐标值被分别设置并且存储至初始坐标述述值存储区域51。并且，测量表示初始坐标与所述状态下的压力之间的关系的数据，并将该数据存储至加工前初始数据存储区域52。并且，在加工工件W之后，空气喷射喷嘴23连续地移动至各个轴的初始坐标位置Pz、Px、Py，通过从空气喷射喷嘴23喷射空气来测量实际压力，并且基于测得的压力数据和设定的初始坐标和压力数据，通过测量坐标值产生单元44产生各个轴的测量坐标值。并且，通过移动量校正单元45，基于三个轴的初始坐标值与三个轴的测量坐标值之间的差，校正加工数据的移动主轴装置的量。因此，能够适当地校正加工数据的移动主轴装置20的量。
此外，上述实施例可以如下地被变更实施。
如图11所示，倾斜表面26d可以形成至夹具26的第一端面26b，并且当喷嘴主体27沿X轴(Y轴)移动时，夹具26与喷嘴主体27之间的间隔h可以增加。并且，如图12所示，通过数字控制以沿斜向上的方向移动空气喷射喷嘴23，可以增加夹具26与喷嘴主体27之间的间隔h。在这些情况中，如图13所示，双点划线(参考图4、5)表示的曲线Lx(Ly)变成如实线所示的曲线Lx(Ly)，沿轴向每单位距离Δx(Δy)上的压力P的改变量ΔP的比率增加，提高了检测压力的精度，并且能够提高对沿三个轴向移动主轴装置20的量的校正精度。
设置在空气喷射喷嘴23处的压力测量单元30可以被省略，并且压力测量单元30可以设置在夹具26的平面部分26a处。
虽然根据实施例，专用于测量的喷嘴保持件22和喷嘴23被安装至主轴装置20的主轴21的前端部分，然而，作为代替，可以只将工具保持件和工具安装至主轴21，空气喷射喷嘴23可以被安装至主轴装置20的外周表面。
用于喷射冷却剂液体、油或类似液体的喷嘴可用于替换空气喷射喷嘴23。
孔口28可以设置在两个部分处，两个孔口28之间的中间压力可以通过压力测量单元30进行测量。
夹具26可以形成为圆形、四边形或者凹槽等等，它的边缘部分可以用于设置X、Y轴初始坐标位置Px、Py以及用于测量X、Y轴坐标位置。
可以基于压力测量单元30所测量的压力，通过表面形状计算单元46计算工件W的被加工表面Wa的表面粗糙度。
可以通过对压力测量单元30所测得的压力进行平滑处理(过滤处理)，并利用简单移动平均或加权移动平均方法，去除压力数据的高频成分。
尽管已经结合本发明的优选实施例进行了描述，然而，在不偏离本发明的情况下，可以对本发明的优选实施例进行各种改变和变更，这对于本领域普通技术人员来说是显而易见的，因此，所有这种改变和变更均落入所附权利要求所限定的本发明的本质和范围内。
Claims (8)
1.一种用于机加工设备的表面形状测定装置，所述机加工设备利用安装至主轴装置的工具加工工件，所述主轴装置被进行数字控制以沿X、Y和Z轴移动，所述表面形状测定装置测定被测物体的表面形状，包括：
流体喷射单元，用于将流体从流体供给源供应至安装在主轴装置上的喷嘴，并且将流体从喷嘴的前端喷射至被测物体；
压力测量单元，用于测量流体喷射单元的流体的压力；
喷嘴移动控制单元，用于使喷嘴和主轴装置一起移动；
表面形状计算单元，用于根据压力测量单元所测得的流体压力的变化来计算被测物体的表面形状；以及
通知单元，用于通知由表面形状计算单元所计算出的表面形状的数据，
其特征在于，被测物体是设置在参考位置处的夹具，所述夹具是与工件分立的部件，
所述表面形状测定装置还包括：
Z轴初始坐标值设定单元，用于设定Z轴初始坐标位置处的Z轴初始坐标值，所述Z轴初始坐标位置是主轴装置与夹具平面部分相对并且沿Z轴方向在喷嘴的前端与夹具的平面部分之间具有恒定的预定距离的位置；
X轴初始坐标值设定单元，用于设定X轴初始坐标位置处的X轴初始坐标值，所述X轴初始坐标位置是主轴装置与形成在夹具上的第一阶梯部分相对并且沿Z轴方向在喷嘴的前端与第一阶梯部分之间具有恒定的预定距离的位置；
Y轴初始坐标值设定单元，用于设定Y轴初始坐标位置处的Y轴初始坐标值，所述Y轴初始坐标位置是主轴装置与形成在夹具上的第二阶梯部分相对并且沿Z轴方向在喷嘴的前端与第二阶梯部分之间具有恒定的预定距离的位置；
加工前初始数据存储单元，用于存储加工前初始数据，所述加工前初始数据包括三个轴的坐标与压力之间的各个关系，所述压力是在加工工件之前通过移动喷嘴以便经过三个轴的各个初始坐标位置，并且将流体喷射至夹具，从而由压力测量单元测得的；
加工后数据存储单元，用于存储加工后数据，所述加工后数据包括三个轴的坐标与压力之间的各个关系，所述压力是在加工工件之后连续地移动喷嘴至三个轴的各个初始坐标位置，并且将流体喷射至夹具，从而由压力测量单元测得的；
测量坐标值产生单元，用于根据加工前初始数据和加工后数据产生三个轴的各个测量坐标值；以及
移动量校正单元，用于根据各个初始坐标值和各个测量坐标值校正工件数据中的主轴装置在三个轴上的移动量。
2.根据权利要求1所述的表面形状测定装置，其中，所述表面形状计算单元计算形成在被测物体上的孔或阶梯部分的位置。
3.根据权利要求1所述的表面形状测定装置，其中，所述表面形状计算单元计算被测物体的平度。
4.根据权利要求1所述的表面形状测定装置，还包括：
中心坐标计算单元，用于计算形成在被测物体上的孔的中心坐标；
孔直径计算单元，用于计算孔直径；以及
距离计算单元，用于计算孔中心之间的距离。
5.根据权利要求1所述的表面形状测定装置，其中，所述喷嘴移动控制单元在保持流体喷射单元的喷嘴的前端与被测物体的检查表面之间的距离的状态下，以恒定的速度使喷嘴和主轴装置一起移动。
6.根据权利要求1所述的表面形状测定装置，其中，倾斜表面设置在夹具的平面部分与第一阶梯部分和第二阶梯部分之间，以及
当倾斜表面接近第一或第二阶梯部分时，倾斜表面从喷嘴的前端离开。
7.一种用于机加工设备的表面形状测定方法，所述机加工设备利用安装至主轴装置的工具加工工件，所述主轴装置被进行数字控制以沿X、Y和Z轴移动并且包括用于喷射流体的喷嘴和用于测量流体压力的压力测量单元，所述表面形状测定方法测定被测物体的表面形状，并且包括步骤：
在沿着X和Y轴方向以恒定的速度移动喷嘴，并且将喷嘴与工件的加工表面之间的距离保持在预定值的同时，将流体从喷嘴喷射至被测物体，并且利用压力测量单元测量流体的压力；以及
根据流体的测量压力计算被测物体的表面形状，
其特征在于，所述方法还包括步骤：
在加工工件之前，设定喷嘴的三个轴的初始坐标值；
沿三个轴移动喷嘴以便经过三个轴的各个初始坐标位置，并且从喷嘴的前端喷射流体，以便测量加工工件之前三个轴的各个坐标和压力；
存储喷嘴的加工前初始数据，所述数据包括加工工件之前的三个轴的各个坐标和压力；
从主轴装置移去喷嘴，并且将加工工具安装至主轴装置；
沿三个轴向移动主轴装置，从而利用加工工具加工工件；
在完成加工之后移去加工工具，并且将喷嘴安装至主轴装置；
通过将喷嘴连续地移动至各个初始坐标位置，将流体从喷嘴的前端喷射至被测物体，以便测量压力和三个轴的各个坐标，从而测量加工工件之后在喷嘴的三个轴的各个初始坐标位置处的压力；
存储加工后数据，所述数据包括加工工件之后的三个轴的坐标与压力之间的各个关系；
根据加工前初始数据和加工后数据产生三个轴的测量坐标值；以及
根据三个轴的初始坐标值和所测得的坐标值校正移动量。
8.根据权利要求7所述的表面形状测定方法，其中，所计算的被测物体的表面形状包括形成在被测物体上的孔的中心坐标、孔的孔直径、孔的中心间隔距离或者被测物体的平度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090624 Termination date: 20210627 |