CN102189420B

CN102189420B - 机床和在机床中测定工件夹持装置中夹紧的工件位置的方法

Info

Publication number: CN102189420B
Application number: CN201110058572.1A
Authority: CN
Inventors: 安德烈亚斯·格勒辛格; 马克·康拉德
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: DE102010002816A1; US20120060384A1; CN102189420A; DE102010002816B4

Abstract

本发明涉及一种用于在机床(14)中测定在工件夹持装置(2，3)中夹紧的工件(4)的位置(N′)的方法，其中操作者将拿在操作者手中的位置检测装置(5)的位置测量头(17)依次定位在位于工件(4)表面上的不同位置(6a，6b，6c，6d)上，其中在位置测量头(17)每次定位之后测定位置测量头(17)相关于机床(14)的机床坐标系(20)的位置(6a，6b，6c，6d)并且由位置测量头(17)的、测定的位置(6a，6b，6c，6d)测定工件(4)相关于机床坐标系(20)的位置(N′)。此外本发明涉及与之相关的机床(14)。本发明可以以简单的方式和方法在机床(14)中测定在工件夹持装置(2，3)中夹紧的工件(4)的位置(N′)。

Description

机床和在机床中测定工件夹持装置中夹紧的工件位置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在机床中测定在工件夹持装置中夹紧的工件的位置的方法。此外本发明涉及一种机床。

背景技术

在可以利用机床加工工件之前，通常必须测定工件相关于机床的机床坐标系的位置并且在一定条件下测定工件的取向。为此，现在通常使用测量探针。测量过程在商业上通用的机床中通常以两个测量步骤进行。在操作者将测量探针夹紧在机床的刀具容纳装置中以后，操作者以微调模式或者手轮模式使测量探针在机床上运动到预定的测量位置附近。在每个测量位置上由机床执行测量探针的自动的测量运动并且这样测定工件的位置和(如果期望的话)工件的取向。在商业上通用的机床中，如已经说明的那样，操作者通过借助于手轮或借助于点击方向键来控制机床使测量探针移动，其中在每次点击方向键时引起测量探针在确定的方向上运动。因此这样手动控制测量探针非常复杂并且操作者需要相对较长的时间直到他这样通过手使测量探针运动到待测量的位置附近，从该位置开始由随后的自动化测量过程来执行。

因此在商业上通用的机床中手动(手轮或微调模式)对测量探针预定位。

发明内容

本发明的目的在于，能够以简单的方式和方法在机床中测定在工件夹持装置中夹紧的工件的位置。

该目的通过一种用于在机床中测定在工件夹持装置中夹紧的工件的位置的方法来实现，其中操作者将拿在操作者手中的位置检测装置的位置测量头依次定位在位于工件表面上的不同位置上，其中在位置测量头每次定位之后测定位置测量头相关于机床的机床坐标系的位置，并且由位置测量头的、测定的位置测定工件相关于机床坐标系的位置。

此外该目的还通过一种机床实现，

-其中机床具有用于夹紧工件的工件夹持装置，

-其中机床具有可拿在操作者手中的位置检测装置，

-其中位置检测装置具有位置测量头，

-其中这样设计机床，即当操作者将位置测量头依次定位在位于工件表面上的不同位置上时，在位置测量头每次定位之后机床能测定位置测量头相关于机床的机床坐标系的位置，并且机床能由位置测量头的、测定的位置测定工件相关于机床坐标系的位置。

本发明的有利的设计方案由从属权利要求给出。

该方法有利的设计类似于机床的有利的设计，并且反之亦然。

证明为有利的是，并不直接由位置测量头的、测定的位置测定工件相关于机床坐标系的位置，而是使测量探针自动地依次在位于位置测量头的、测定的位置附近的位置上移动，其中测量探针在每个这样经过的位置上在工件的方向上移动，并且在测量探针和工件接触时测定测量探针的位置，并且由测量探针的、测定的位置测定工件相关于机床坐标系的位置。由此可以高精度地测定在工件夹持装置中夹紧的工件的位置。

此外证明有利的是，由位置测量头的、测定的位置系测定工件相关于机床坐标的位置和取向。如果除了工件的位置之外也测定工件相关于机床坐标系的取向，那么可以高度精确地加工工件。

此外证明有利的是，由测量探针的、测定的位置测定工件相关于机床坐标系的位置和取向。如果除了工件的位置之外也测定工件相关于机床坐标系的取向、即工件的方位，那么可以高度精确地加工工件。

此外证明有利的是，在位置测量头每次定位之后测定位置测量头相关于机床的机床坐标系的位置，其中在操作位置检测装置上的按钮时实现对位置测量头的位置的测定。由此可以对于操作者特别操作友好地测定工件的位置。

附图说明

在附图中示出了本发明的实施例并且以下详细说明。其中示出：

图1是根据本发明的机床的示意图，

图2是机床的、对于理解本发明重要的元件的框形细节示意图和

图3是位置检测装置的示意图。

具体实施方式

在图1中以透视示意图的形式示出了机床14。机床14用于加工工件4，借助于在实施例的范畴中是两个夹紧块2和3形式的工件夹持装置将工件4夹紧在两个夹紧块之间。由电动机15旋转地驱动在实施例范畴中设计为铣刀的刀具13。机床14具有机床坐标系20，其原点N例如在机床初次开始运转时被确定。刀具13可以在实施例中示出的三轴的机床14的范畴中相对于工件4在X，Y和Z方向上运动。刀具13相对于工件4的运动由控制装置11来控制，该控制装置将用于运动刀具13的目标值传输到驱动装置12上。驱动装置12包括用于控制机床的电动机所必须的调节装置和整流器。

控制装置11以所谓的部分加工程序形式预设由刀具13执行的运动。此外，部分加工程序由大量控制命令构成，这些控制命令给出刀具13相关于工件坐标系21需要执行的运动。工件坐标系21具有原点N′。通常这样选择工件坐标系21，即该工件坐标系和工件的位置一致。工件坐标系21具有X′，Y′和Z′方向，这些方向和工件4的取向、即其在空间中的方位一致。

通常在部分加工程序中，给出刀具13相关于工件坐标系21进而相关于工件4的位置和取向需要执行的运动。控制装置11将部分加工程序的、与工件坐标系21相关的数据转换成在机床坐标系20中的相应坐标。因此在加工工件4之前必须的是，测量工件4相关于机床坐标系的位置并且在一定条件下测量工件4相关于机床坐标系20的取向。应补充说明的是，例如工件坐标系21的X′轴不必一定平行于机床坐标系20的X轴延伸。因此夹紧块2和3例如可以略微在X-Y平面中旋转，从而使工件坐标系21的X′轴不平行于机床坐标系20的X轴延伸。

在图1中出于简明的原因未在示出机床14的、相对于电动机15并且进而刀具13在X，Y和Z方向上的平移运动而存在的电动机。

根据本发明，机床14具有位置检测装置5，其在实施例的范畴中通过导线束形式的连接件30与控制装置11连接。对此可替换地，连接件30也可以作为无线电连接无线地实现。位置检测装置5在图3中以示意图的形式放大示出。位置检测装置5在确定工件位置时保持在机床操作者手中并且通过手在空间中运动。在实施例的范畴中位置检测装置5具有长形的保持件16，其可以简单地保持在操作者手中。在位置检测装置5的一个端部上、即在实施例的范畴中在保持件16的端部上布置了位置测量头17。在实施例的范畴中位置测量头17具有尖形形状，但其也可以具有球形或其它类型的形状。实施例的范畴中位置测量头17在内部具有图3中未示出的天线，该天线从布置在机床14的三个不同位置上的发射器9a，9b和9c(参见图1和2)接收信号，并且接收到的信号传输给布置在保持件16内部的评估单元31。评估单元31由发射器9a，9b和9c发射的高频电磁波的运行时间差测定位置测量头17在三维空间中的位置(“微型GPS”)。评估单元31将位置测量头17的、这样测量的位置经过连接件30传输给控制装置11。在此需要补充说明的是，评估单元31也可以可替换地是控制装置11的组成部分，其中天线在此情况下直接经过在这种情况下导线束形式的连接件30与控制装置11相连接，并且在控制装置11中测定位置测量头17的位置。

可替换的是，天线也以布置在位置测量头17外部的天线18的形式存在，这在图3中虚线示出。在该可替换的设计方案中，评估单元31由在天线18和位置测量头17之间已知的距离以及位置检测装置5的、通过取向单元19确定在空间中的取向测定位置测量头17的位置，并且经过连接件30传输给控制装置11。在此需要补充说明的是，在位置检测装置5的设计中，评估单元31也可以是控制装置11的组成部分，其中天线在此情况下直接经过在这种情况下导线束形式的连接件30与控制装置11相连接，并且在控制装置11中测定位置测量头17的位置。

在实施例的范畴中，位置检测装置5具有按钮21。当操作者按压按钮21时，实施对位置测量头17位置的测定。例如可以这样进行对位置测量头17位置的测定，即持续地由评估单元31测定位置测量头17的位置，并且刚好在操作按钮21时确定的位置被看作位置测量头17的测定的位置。

此外可替换地，例如也可以这样进行测定位置测量头17的位置，即并不持续地由评估单元31测定位置测量头17的位置，而是仅仅在操作按钮21时由评估单元31测定位置测量头17的位置。

在图2中以框形示意图形式放大地示出了机床14的、对于理解本发明重要的元件。在机身1上，在实施例的范畴中由两个夹紧块2和3组成的工件夹持装置中夹紧了需要加工的工件4。机床14具有机床坐标系20，其中机床坐标系20的原点N的位置例如在机床14的第一次开始运转时被确定。机床坐标系20具有X，Y和Z方向。

在可以开始加工工件4之前，必须参照机床坐标系20测定工件4的位置。这根据本发明借助于位置检测装置5进行。此外为了测定工件4的位置，由操作者将位置检测装置5拿在手中并且手动地依次在不同的测量位置上引导位置检测装置5的位置测量头17，该测量位置在实施例的范畴中以位于工件4表面上的位置6a，6b，6c和6d的形式存在。在每次这样在不同的位置6a至6d上执行位置测量头17的定位之后，参照机床14的机床坐标系20测定位置测量头17的位置。为了测定位置6a，由操作者在位置6a上对位置测量头17进行定位，这就是说，借助于手的运动在位置6a上等候，从而使位置检测装置5的位置测量头17在位置6a上接触工件4。随后在操作位置检测装置5的按钮21时测定位置测量头17相关于机床14的机床坐标系20的位置。多次重复该过程直至测定所有的位置6a至6d。对于在三维空间中测定工件4的位置N′足够的是，借助于位置检测装置5仅仅测定位置6a，6b和6c。根据借助于位置测量头17测定的位置6a，6b和6c来测定工件4相关于机床坐标系20的位置N′。位置N′在X方向上的坐标相应于位置6b在X方向上的坐标。位置N′在Y方向上的坐标相应于位置6a在Y方向上的坐标。位置N′在Z方向上的坐标相应于位置6c在Z方向上的坐标。

工件4的位置N′构成了工件坐标系21的原点。在此补充说明的是，如果例如并非像在实施例中一样应测定工件4在空间中的位置，而是仅仅在X和Y方向上测定工件4的位置，那么借助于位置检测装置5仅仅测定位置6a和6b就足够了。

由工件坐标系21的原点N′和机床坐标系20的原点N之间的差得到所谓的原点偏移矢量V。

在图2中利用坐标轴X′，Y′和Z′示出了虚线表示的工件坐标系21。可能会出现的是，工件并不平行于X方向取向，这是因为例如两个夹紧块2和3并不精确地平行于X方向延伸，而是略微围绕Z轴旋转地布置，因此使得工件坐标系21的方向X′不平行于机床坐标系20的方向X延伸。因此通常有意义的是，除了测定工件相关于机床坐标系20的位置N′以外也测定其取向、即工件在空间中的方位。对此例如可以借助于位置检测装置5在工件表面上测定附加的位置6d，并且控制装置11由位置6b和6d测定工件的取向和进而测定工件坐标系21的方向X′相关于机床坐标系20的方向X的方位。控制装置11然后可以在以后刀具13移动时补偿工件4的、不平行于机床坐标系20的方向X延伸的取向。

如果应非常精确地确定工件的位置和在一定条件下工件的取向，那么在一定条件下对于上面的方法可以添加另外的方法步骤。在此并不之间如上面那样由位置测量头17的、测定的位置测定工件4相关于机床坐标系20的位置和在一定条件下工件的取向，而是由控制装置11，通过例如一个在控制装置11中运行的测量程序控制，借助于机床14的驱动系统12使测量探针7(参见图2，下面的视图)依次在位于位置测量头17的、测定的位置6a，6b，6c和在一定条件下6d附近并且优选的是其邻近的位置上自动地移动。

测量探针7是商业上通用的测量探针，其在实施例的范畴中在电动机15的工件夹持装置中代替刀具13被夹紧。在每个这样经过的位置中，控制装置11使测量探针在工件的方向上自动移动，这在图2下方通过虚线表示的箭头示出，其中在测量探针7和工件4接触时，测量探针7的位置自动地由控制装置11测定。随后由测量探针7的、这样测定的位置来测定工件4相关于机床坐标系20的位置N′。由此可以高度精准地位置测定工件4相关于机床坐标系20的位置N′和其在空间中的取向。

本发明可以明显地简化当今通常利用测量探针的测量方法。在由位置检测装置和发射器组成的位置测量系统的测量精确度足够的情况下，借助于测量探针完全取消通常必须的测定。在位置测量系统的测量精确度不够的情况下，借助于测量探针可以如下简化测量过程，即现在取消了仍需借助于微调或手轮模式对测量探针手动的预定位。

Claims

1.一种用于在机床（14）中测定在工件夹持装置（2，3）中夹紧的工件（4）的位置（N′）的方法，

-其中操作者将拿在操作者手中的位置检测装置（5）的位置测量头（17）依次定位在位于所述工件（4）表面上的不同位置（6a，6b，6c，6d）上，

-其中在所述位置测量头（17）每次定位之后测定所述位置测量头（17）相关于所述机床（14）的机床坐标系（20）的所述位置（6a，6b，6c，6d）并且由所述位置测量头（17）的、测定的所述位置（6a，6b，6c，6d）测定所述工件（4）相关于所述机床坐标系（20）的位置（N′），

-其中，并不直接由所述位置测量头（17）的、测定的所述位置（6a，6b，6c，6d）测定所述工件（4）相关于所述机床坐标系（20）的位置（N′），而是使测量探针（7）自动地依次在位于所述位置测量头（17）的、测定的位置（6a，6b，6c，6d）附近的位置上移动，其中所述测量探针（7）在每个这样经过的位置上在所述工件（4）的方向上移动，并且在所述测量探针（7）和所述工件（4）接触时测定所述测量探针（7）的位置，并且由所述测量探针（7）的、测定的位置测定所述工件（4）相关于所述机床坐标系（20）的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述位置测量头（17）的、测定的位置（6a，6b，6c，6d）测定所述工件（4）相关于所述机床坐标系的位置（N′）和取向（X′，Y′，Z′）。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述测量探针（7）的、测定的位置测定所述工件（4）相关于所述机床坐标系（20）的位置（N′）和取向（X′，Y′，Z′）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述位置测量头每次定位之后测定所述位置测量头（17）相关于所述机床的机床坐标系（20）的位置（6a，6b，6c，6d），其中在操作布置在所述位置检测装置（5）上的按钮（32）时实现对所述位置测量头（17）的位置（6a，6b，6c，6d）的测定。

5.一种机床，

-其中所述机床（14）具有用于夹紧工件（4）的工件夹持装置（2，3），

-其中所述机床（14）具有可拿在操作者手中的位置检测装置（5），

-其中所述位置检测装置（5）具有位置测量头（17），

-其中这样设计所述机床（14），即当所述操作者将所述位置测量头（17）依次定位在位于所述工件（4）表面上的不同位置（6a，6b，6c，6d）上时，在所述位置测量头（17）每次定位之后所述机床（14）能测定所述位置测量头（17）相关于所述机床（14）的机床坐标系（20）的位置（6a，6b，6c，6d）并且所述机床（14）能由所述位置测量头（17）的、测定的位置（6a，6b，6c，6d）测定所述工件（4）相关于所述机床坐标系（20）的所述位置（N′）

其中，并不直接由所述位置测量头（17）的、测定的所述位置（6a，6b，6c，6d）测定所述工件（4）相关于所述机床坐标系（20）的位置（N′），而是使测量探针（7）自动地依次在位于所述位置测量头（17）的、测定的位置（6a，6b，6c，6d）附近的位置上移动，其中所述测量探针（7）在每个这样经过的位置上在所述工件（4）的方向上移动，并且在所述测量探针（7）和所述工件（4）接触时测定所述测量探针（7）的位置，并且由所述测量探针（7）的、测定的位置测定所述工件（4）相关于所述机床坐标系（20）的位置。