CN108015624A - 具有空间位置误差补偿的数值控制工具机 - Google Patents
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Abstract
一种工具机包括刀具、主轴、三轴移动平台、三轴位置感测装置、三轴角度感测模块、误差补偿单元以及控制器。三轴移动平台分别用以夹持一加工工件或是承载主轴与刀具，且沿X轴、Y轴或Z轴运动。各轴感测位置装置用以感测各轴移动平台所在位置，而发出各轴移动平台位置信息。各轴角度感测模块用以感测各轴移动平台的三种转动角度，而产生各轴角度误差信息。误差补偿单元用以接收各轴感测位置信息及角度误差信息而产生空间加工位置误差补偿信息。控制器用以根据加工位置误差补偿信息操作三轴移动平台而将加工工件进行空间位置误差补偿切削加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有空间位置误差补偿功能的数值控制工具机，尤其涉及一种实时补偿空间加工位置误差的数值控制工具机。
背景技术
1890年，阿贝博士(Ernst Karl Abbé,1840-1905)在德国卡尔蔡司(Carl Zeiss)工厂工作时，对量测仪器设计提出了指导性的原则:“在位移量测仪上，该感测位置装置的量测轴线须与该量测探头的运动轴线一致，否则会因运动轴的角度误差产生量测位置误差”，这种误差即称为阿贝误差(Abbe error)，此原则亦称为阿贝原则(Abbe Principle)。阿贝原则已被公认为精密机械的设计准则，可应用于工具机、量测仪器、精密定位平台等。
数值控制工具机是工业界普遍使用中的精密加工设备。任何多轴的数值控制工具机都是由基本的线性运动轴为基底加上旋转轴所搭建出来的。数值控制工具机的线性移动台是利用装置于线性移动台下方对应其移动轴的位移传感器来测量线性移动台实际位移量，达到精密定位的功能。但是，一般的线性移动台由于结构设计的限制，其位移传感器，所装设的量测轴线无法和其在空间加工点的运动轴线同轴，也就是说一般数值控制工具机的结构设计是不符合阿贝原则的，各轴移动台位置传感器的感测点和刀具的空间加工点之间仍存在一个空间位置的偏位，俗称阿贝偏位(Abbe offset)。由于各轴移动时具有三种角度误差(Angular errors)，在国际标准规范ISO230-1中分别定义为:俯仰(Pitch)、摇摆(Yaw)及滚动(Roll)，每一种角度误差会因为阿贝偏位而造成实际空间加工点位置和三轴位置传感器所显示的位置值不同，也就是说所谓的空间位置误差，影响数值控制工具机的加工精度相当大。
现有的工具机空间位置误差补偿法是先经过校正并储存对应的空间位置误差值而建立位置误差表，再以软件修正指定的位移量做位置误差补偿，此即所谓的前馈误差补偿(Feed-forward error compensation),如US 4945501、US5021941、US7171320 B2、US6430465B2、US6164117 A。前馈误差补偿法只有感测并回馈位置信息，且需要大量的记忆空间以建立误差表，这个误差表并非实时数据，当操作环境变化时这个误差值会随着变化，所以只能补偿先前校正过的空间位置误差。
发明内容
本发明提供了一种适用于工具机的实时空间位误差补偿方法，以解决现有技术所需解决的技术问题。更详细的说，是提供一种因三轴移动平台的角度误差而产生一空间加工位置误差的补偿方法。
根据本发明的一实施例，其揭露了一种工具机包括刀具、主轴、三轴移动平台、三轴感测位置装置、三轴角度感测模块、误差补偿单元以及控制器。移动平台有三个，分别用以夹持加工工件或是承载主轴与刀具，且沿X轴、Y轴或Z轴运动。各轴感测位置装置设置于各轴移动平台下方，用以感测各轴移动平台所在位置，而发出各轴移动平台位置信息。各轴角度感测模块紧邻于各轴移动平台，用以感测各轴移动平台的俯仰、摇摆与滚动三种转动角度，而产生各轴角度误差信息。误差补偿单元电连接三轴角度感测模块及三轴感测位置装置，用以接收各轴感测位置信息及角度误差信息而产生一空间加工位置误差补偿信息。控制器电连接主轴、三轴移动平台、三轴感测位置装置、以及误差补偿单元，用以根据误差补偿单元所产生的加工位置误差补偿信息操作三轴移动平台而将加工工件进行空间位置误差补偿切削加工。
在本发明的一实施例中，角度感测模块可以是一光学感测模块，但不以此为限。该三轴角度感测模块包含X轴移动平台角度感测模块、Y轴移动平台角度感测模块以及Z轴移动平台角度感测模块。X轴移动平台角度感测模块紧邻于该轴移动平台，用以感测X轴移动平台的三种转动角度，包括:以X轴为转轴的滚动角度θX(x)、以Y轴为转轴的俯仰角度θy(x)、以及以Z轴为转轴的摇摆角度θz(x)，而产生X轴移动平台的三种转动角度误差信息。Y轴移动平台角度感测模块紧邻于该移动平台，用以感测Y轴移动平台的三种转动角度，包括:以X轴为转轴的俯仰角度θx(y)、以Y轴为转轴的滚动角度θy(y)、以及以Z轴为转轴的摇摆角度θz(y)，而产生Y轴移动平台的三种转动角度误差信息。Z轴移动平台角度感测模块紧邻于该移动平台，用以感测Z轴移动平台的三种转动角度，包括:以X轴为转轴的俯仰角度θx(z)、以Y轴为转轴的摇摆角度θy(z)、以及以Z轴为转轴的滚动角度θz(z)，而产生Z轴移动平台的三种转动角度误差信息。
在本发明的一实施例中，误差补偿单元用以接收X轴、Y轴、以及Z轴移动平台的共计9种转动角度误差信息以及该三轴感测位置信息而产生刀具在空间加工位置的误差补偿信息。
在本发明的一实施例中，所述X轴移动平台的三种转动角度误差信息造成刀具空间加工位置误差信息有三个方向分量，包含X方向位置误差分量是δx(x)、Y方向位置误差分量是δy(x)，以及Z方向位置误差分量是δz(x)，分别满足以下公式：
δx(x)＝Lxz tan(θy(x))-Lxy tan(θz(x))，Lxz是该X轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行Z轴的最短直线距离，Lxy是该X轴感测位置装置的感测点与该刀具之间平行Y轴的最短直线距离。一般工具机各轴的转动角度均很小，上式也可简化成：δx(x)＝Lxzθy(x)-Lxyθz(x)[公式(1)]。
δy(x)＝Lxx tan(θz(x))-Lxz tan(θx(x))，Lxx是该X轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行X轴的最短直线距离。一般工具机各轴的转动角度均很小，上式也可简化成:δy(x)＝Lxxθz(x)-Lxzθx(x)[公式(2)]。
δz(x)＝Lxytan(θx(x))-Lxxtan(θy(x))。一般工具机各轴的转动角度均很小，上式也可简化成:δz(x)＝Lxyθx(x)-Lxxθy(x)[公式(3)]。
在本发明的一实施例中，该Y轴移动平台的三种转动角度误差信息造成刀具空间加工位置误差信息有三个方向分量，包含X方向位置误差为δx(y)分量、Y方向位置误差分量为δy(y)，以及Z方向位置误差为δz(y)，分别满足以下公式：
δx(y)＝Lyztan(θy(y))-Lyy tan(θz(y))，Lyz是该Y轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行Z轴的最短直线距离，Lyy为该Y轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行Y轴的最短直线距离。一般工具机各轴的转动角度都很小，上式也可简化成:δx(y)＝Lyzθy(y)-Lyyθz(y)[公式(4)]。
δy(y)＝Lyxtan(θz(y))-Lyztan(θx(y))，Lyx是该Y轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行X轴的最短直线距离。一般工具机各轴的转动角度都很小，上式也可简化成:δy(y)＝Lyxθz(y)-Lyzθx(y)[公式(5)]。
δz(y)＝Lyy tan(θx(y))-Lyx tan(θy(y))。一般工具机各轴的转动角度都很小，上式也可简化成:δz(y)＝Lyyθx(y)-Lyxθy(y)[公式(6)]。
在本发明的一实施例中，该Z轴移动平台的三种转动角度误差信息造成刀具空间加工位置误差信息有三个方向分量，包含X方向位置误差是δx(z)分量、Y方向位置误差分量是δy(z)，以及Z方向位置误差是δz(z)，分别满足以下公式：
δx(z)＝Lzztan(θy(z))-Lzytan(θz(z))，Lzz是该Z轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行Z轴的最短直线距离，Lzy是该Z轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行Y轴的最短直线距离。一般工具机各轴的转动角度都很小，上式也可简化成:δx(z)＝Lzzθy(z)-Lzyθz(z)[公式(7)]。
δy(z)＝Lzx tan(θz(z))-Lzz tan(θx(z))，Lzx是该Z轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行X轴的最短直线距离。一般工具机各轴的转动角度都很小，上式也可简化成:δy(z)＝Lzxθz(z)-Lzzθx(z)[公式(8)]。
δz(z)＝Lzy tan(θx(z))-Lzx tan(θy(z))。一般工具机各轴的转动角度都很小，上式也可简化成:δz(z)＝Lzyθx(z)-Lzxθy(z)[公式(9)]。
在本发明的一实施例中，角度感测模块是一光学感测模块。
本发明实施例的工具机误差补偿单元可依据角度感测模块感测移动平台而推导X轴、Y轴及Z轴的空间三正交方向的关于定位误差的误差信息[公式(1)至公式(9)]，且控制器可根据误差信息实时补偿，使得控制器可准确地调整承载加工工件的移动平台与加工工件的刀具之间的空间相对关系而对加工工件进行加工，而可增加工具机控制器的加工精度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的具有阿贝误差补偿的数值控制工具机的一实施例的立体示意图。
图2为图1的工具机在加工一工件时X轴移动平台有角度误差的侧视示意图。
图3为图1的工具机在加工一工件时X轴移动平台有阿贝偏位的立体示意图。
图4为图1的工具机在加工一工件时X轴、Y轴及Z轴移动平台有阿贝偏位的立体示意图。
具体实施方式
请参照图1及图2，图1是本发明的具有阿贝误差补偿的数值控制工具机的一实施例的立体示意图。图2是图1的工具机在加工一工件时X轴移动平台有角度误差的侧视图。如图1及图2所示，本实施例的工具机100包括刀具110、三轴移动平台(120a、120b、120c)、X轴感测位置装置130、三轴角度感测模块140、误差补偿单元150、控制器160以及主轴170。
三轴移动平台包括X轴移动平台120a、Y轴移动平台120b以及Z轴移动平台120c。X轴移动平台120a与Y轴移动平台120b设置于刀具110的下方，X轴移动平台120a用以夹持一加工工件200且沿X轴运动；Y轴移动平台120b用以承载X轴移动平台120a且沿Y轴运动；Z轴移动平台120a用以承载主轴170与刀具110，且沿Z轴运动，使得刀具110对加工工件200进行切削加工。进一步的说，移动平台(120a、120b、120c)及刀具110可受到控制器160的操控而启动以进行对加工工件200的切削。
X轴移动平台120a的X轴移动平台感测位置装置130a设置于该移动平台下方，X轴移动平台感测位置装置130a的感测点132a用以感测刀具110所在的X轴位置，而发出X轴感测位置信息。在本实施例中，X轴位置感测点132a与刀具110端部之间平行Z轴的最短直线距离(Lxz)为图2中的感测点132a到点D1的距离，其中刀具110的端部也就是指刀具110的用以切削加工工件200的加工位置，感测点132a在Z方向的高度为已知的固定值，D1点为X轴移动平台120a无俯仰角转动时加工工件的200理想加工位置，可由Z轴移动平台的感测位置装置所发出的Z轴感测位置得知。另一方面，X轴移动平台120a可沿一X轴滑轨122a及一X轴滚珠导螺杆124a移动，其中X轴滑轨122a及X轴滚珠导螺杆124a与作为X轴移动平台感测位置装置130a的感测轴体大致平行。
然而，虽然X轴滑轨122a及X轴滚珠导螺杆124a与X轴移动平台感测位置装置130a大致平行，但X轴移动平台120a与X轴移动平台感测位置装置130a之间仍可能存在沿X轴、Y轴或Z轴转动的角度的误差。也就是指，X轴移动平台120a具有俯仰角、摇摆角、滚动角的角度误差。
如上所述，本实施例的工具机100的Y轴移动平台120b与Z轴移动平台120c均各自具有俯仰角、摇摆角、滚动角的角度误差。
因此，本实施例的工具机100还设置一个三轴角度感测模块140来感测前述各轴移动平台的三种角度误差，此三轴角度感测模块140包括X轴角度感测模块144、Y轴角度感测模块142、以及Z轴角度感测模块146。详细来说，如图1所示，X轴角度感测模块144紧邻X轴移动平台120a、Y轴角度感测模块142紧邻Y轴移动平台120b、以及Z轴角度感测模块146紧邻Z轴移动平台120c。如图2所示，X轴移动平台120a以Y轴为转轴的俯仰角度θy(x)，而产生一Y轴转动俯仰角度误差信息。如图3所示，X轴移动平台120a以Z轴为转轴的摇摆角度θz(x)，而产生一Z轴转动摇摆角度误差信息。如图3所示，X轴移动平台120a以X轴为转轴的滚动角度θx(x)，而产生一X轴转动滚动角度误差信息。经由图2及图3的教示，可轻易得知的是，Y轴移动平台120b以X轴为转轴的俯仰角度θx(y)，而产生一X轴转动俯仰角度误差信息，以Y轴为转轴的滚动角度θy(y)，而产生一Y轴转动滚动角度误差信息，并以Z轴为转轴的摇摆角度θz(y)，而产生一Z轴转动摇摆角度误差信息；以及，Z轴移动平台120c以X轴为转轴的俯仰角度θx(z)，而产生一X轴转动俯仰角度误差信息，并以Y轴为转轴的摇摆角度θy(z)，而产生一Y轴转动摇摆角度误差信息，并以Z轴为转轴的滚动角度θz(z)，而产生一Z轴转动滚动角度误差信息。在本实施例中，X轴移动平台120a角度感测模块144、Y轴移动平台120b角度感测模块142以及Z轴移动平台120c角度感测模块146的至少其中之一可由半导体激光元件(LD)、四象限光传感器(QPD)、及光学组件组合而成，通过光学自动视准仪原理而量测移动平台的俯仰与摇摆转动角度，而产生误差信息。
进一步的说，该X轴移动平台沿X方向加工位置误差信息为δx(x)，也可称为X方向的定位误差，也就是指刀具110的端部112(加工点)和感测装置130a的感测点132a在X轴方向的相对位移，X轴加工位置定位误差信息δx(x)满足以下公式：
δx(x)＝Lxz tan(θy(x))-Lxy tan(θz(x))。如图3所示，Lxz为该X轴移动平台感测装置130a的感测点132a与该刀具110的端部112(加工点)之间平行Z轴的最短直线距离。同理，Lxy为该X轴感测位置装置130a的感测点132a与该刀具110的端部112(加工点)之间平行Y轴的最短直线距离。
由于θy(x)与θz(x)的角度很小，故，在一些实施例中，X轴加工位置定位误差信息为δx(x)，其满足以下公式：δx(x)＝Lxzθy(x)-Lxyθz(x)。
同理，该X轴移动平台沿Y方向加工位置误差信息为δy(x)，也可称为Y方向的位置误差，也就是指刀具110的端部112(加工点)和感测装置130a的感测点132a在Y方向的相对位移，X轴移动平台沿Y方向位置误差信息δy(x)满足以下公式：
δy(x)＝Lxxtan(θz(x))-Lxz tan(θx(x))。如图3所示，Lxx为该X轴移动平台感测位置装置130a的感测点132a与该刀具110的端部112(加工点)之间平行X轴的最短直线距离。
由于θz(x)与θx(x)的角度很小，故，在一些实施例中，X轴移动平台沿Y方向位置误差信息δy(x)，其满足以下公式：δy(x)＝Lxxθz(x)-Lxzθx(x)。
同理，该X轴移动平台沿Z方向加工位置误差信息为δz(x)，也可称为Z方向的位置误差，也就是指刀具110的端部112(加工点)和X轴移动平台感测位置装置130a的感测点132a在Z方向的相对位移，X轴移动平台沿Z方向位置误差信息δz(x)满足以下公式：
δz(x)＝Lxy tan(θx(x))-Lxx tan(θy(x))。由于θx(x)与θz(x)的角度很小，故，在一些实施例中，X轴移动平台沿Z方向位置误差信息δz(x)，其满足以下公式：δz(x)＝Lxyθx(x)-Lxxθy(x)。
同理，该Y轴移动平台沿X方向加工位置误差信息为δx(y)，也可称为该Y轴移动平台在X方向的位置误差，其满足以下公式：
δx(y)＝Lyz tan(θy(y))-Lyytan(θz(y))。如图4所示，Lyz为该Y轴移动平台感测位置装置130b的感测点132b与该刀具110的端部112(加工点)之间平行Z轴的最短直线距离。Lyy为该Y轴移动平台感测位置装置130b的感测点132b与该刀具110的端部112(加工点)之间平行Y轴的最短直线距离。
由于θy(y)与θz(y)的角度很小，故，在一些实施例中，Y轴移动平台沿X方向位置误差信息δx(y)，其满足以下公式：δx(y)＝Lyzθy(y)-Lyyθz(y)。
同理，该Y轴移动平台沿Y方向加工位置误差信息为δy(y)，也可称为Y轴移动平台的定位误差，其满足以下公式：
δy(y)＝-Lyztan(θx(y))+Lyxtan(θz(y))。如图4所示，Lyx该Y轴移动平台感测位置装置130b的感测点132b与该刀具110的端部112(加工点)之间平行X轴的最短直线距离。
由于θx(y)与θz(y)的角度很小，故，在一些实施例中，Y轴移动平台加工位置定位误差信息为δy(y)，其满足以下公式：δy(y)＝-Lyzθx(y)+Lyxθz(y)。
同理，该Y轴移动平台沿Z方向加工位置误差信息为δz(y)，也可称为Y轴移动平台在Z方向的位置误差，其满足以下公式：
δz(y)＝Lyytan(θx(y))-Lyxtan(θy(y))。由于θx(y)与θy(y)的角度很小，故，在一些实施例中，Y轴移动平台沿Z方向加工位置误差信息为δz(y)，其满足以下公式：δz(y)＝Lyyθx(y)-Lyxθy(y)。
同理，该Z轴移动平台沿X方向加工位置误差信息为δx(z)，也可称为该Z轴移动平台在X方向的位置误差，其满足以下公式：
δx(z)＝Lzztan(θy(z))-Lzytan(θz(z))。如图4所示，Lzz为该Z轴移动平台感测位置装置130c的感测点132c与该刀具110的端部112(加工点)之间平行Z轴的最短直线距离。Lzy为该Z轴移动平台感测位置装置130c的感测点132c与该刀具110的端部112(加工点)之间平行Y轴的最短直线距离。
由于θy(z)与θz(z)的角度很小，故，在一些实施例中，Z轴移动平台沿X方向位置误差信息δx(z)，其满足以下公式：δx(z)＝Lzzθy(z)-Lzyθz(z)。
同理，该Z轴移动平台沿Y方向加工位置误差信息为δy(z)，也可称为该Z轴移动平台在Y方向的位置误差，其满足以下公式：
δy(z)＝Lzxtan(θz(z))-Lzztan(θx(z))。如图4所示，Lzx该Z轴移动平台感测位置装置130c的感测点132c与该刀具110的端部112(加工点)之间平行X轴的最短直线距离。
由于θz(z)与θx(z)的角度很小，故，在一些实施例中，Z轴移动平台在Y方向的加工位置误差信息为δy(z)，其满足以下公式：δy(z)＝Lzxθz(z)-Lzzθx(z)。
同理，该Z轴移动平台沿Z方向加工位置误差信息为δz(z)，也可称为Z轴移动平台在Z方向的定位误差，其满足以下公式：
δz(z)＝Lzy tan(θx(z))-Lzx tan(θy(z))。由于θx(z)与θy(z)的角度很小，故，在一些实施例中，Z轴移动平台加工位置定位误差信息为δz(z)，其满足以下公式：δz(z)＝Lzyθx(z)-Lzxθy(z)。
在本发明一实施例中，三轴移动平台在X轴加工位置误差信息为δx(x)、δx(y)及δx(z)，在Y轴加工位置误差信息为δy(x)、δy(y)及δy(z)，及在Z轴加工位置误差信息为δz(x)、δz(y)及δz(z)，可为阿贝误差信息，但不以此为限。
误差补偿单元150电连接三轴移动平台角度感测模块140(包括142、144、146)及三轴移动平台感测位置装置(包括130a、130b、130c)，用以接收感测各轴位置信息及角度误差信息而产生一空间加工位置误差补偿信息，由于加工工件200设置于X轴移动平台120a的轴心O上，加工位置信息即为关于加工工件200的位置信息。进一步的说，误差补偿单元150用以接收该X轴移动平台120a的俯仰、偏摆与滚动(θy(x),θz(x),θx(x))三转动角度误差信息、该Y轴移动平台120b的俯仰、偏摆与滚动(θx(y),θz(y),θy(y))三转动角度误差信息、该Z轴移动平台120c的俯仰、偏摆与滚动(θx(z),θy(z),θz(z))三转动角度误差信息以及该三轴移动平台感测位置信息而产生该三轴移动平台空间加工位置误差信息。因此，误差补偿单元150可根据三轴移动平台感测位置装置(包括130a、130b、130c)提供关于刀具110的端部112的与三轴移动平台感测位置装置的感测点(包括132a、132b、132c)最短直线距离的感测信息(举例来说，如图2所示，X轴移动平台感测位置装置130a所感测到的加工工件200的加工位置为D1)以及关于三轴移动平台倾斜产生的角度误差的误差信息而将感测位置信息实时补偿空间位置误差信息后产生关于X轴移动平台120a上的加工工件200的空间加工点的位置信息(举例来说，如图2所示，X轴移动平台感测位置信息所提供的关于加工工件200的加工位置应为D2)。电连接主轴170、三轴移动平台(包括120a、120b、120c)、三轴移动平台感测位置装置(包括130a、130b、130c)以及误差补偿单元150的控制器160可根据三轴移动平台位置信息以及空间加工位置误差信息操作三轴移动平台而将设置于X轴移动平台120a上的加工工件200进行精确的空间位置误差补偿切削加工。
举例来说，当X轴移动平台120a感测位置装置感测到X轴移动平台120a上的加工工件200在X轴上的位置为X’，加上X轴移动平台的转动角度所造成的刀具加工点空间位置误差信息δx(x)，即为误差补偿单元150发出的空间位置误差信息中关于X轴方向的空间位置信息，控制器160可根据前述的位置信息实时准确地补偿X轴移动平台120a上的加工工件200在X轴上的空间位置误差，同理，误差补偿单元150也可发出关于Y轴及Z轴的空间位置误差信息而使控制器160可根据前述的空间位置误差信息实时准确地补偿X轴移动平台120a上的加工工件200在Y轴及Z轴上的位置。
详细而言，三轴角度感测模块140的X轴移动平台角度感测模块144、Y轴移动平台角度感测模块142以及Z轴移动平台角度感测模块146可实时地量测各对应的移动平台(包括120a、120b、120c)在各位置时关于俯仰、摇摆及滚动的转动角度在X方向的误差信息(包括θx(x)、θx(y)、θx(z))、在Y方向的误差信息(包括θy(x)、θy(y)、θy(z))、在Z方向的误差信息(包括θz(x)、θz(y)、θz(z))，整体而言即为前述的九种转动角度误差信息。九种转动角度误差信息经由适配卡进入误差补偿单元150后，误差补偿单元150可参考接收的各轴感测位置信息而实时计算出运动指令的加工点三正交方向的空间误差值，而控制器160可实时的根据位置信息进行操控三轴移动平台(包括120a、120b、120c)，使得实际加工位置相较传统只设有感测位置装置(包括130a、130b、130c)的工具机100更为准确。在本实施例中，前述的适配卡可为网络卡的数字传输、模拟/数字转换卡(A/D converter)或通用序列总线(USB)，但不以此为限。
由上述本发明实施例可知，应用本发明具有以下优点。本发明的工具机误差补偿单元可依据三轴角度感测模块与三轴移动平台感测位置装置而推导X轴、Y轴及Z轴的三正交方向的关于空间加工位置误差的误差信息，且控制器可根据空间位置误差信息实时补偿，使得控制器可准确地调整承载加工工件的移动平台与加工加工工件的刀具之间的空间相对关系而对加工工件进行加工，而可增加工具机的加工精度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种工具机，其特征在于，包括：
刀具；
主轴，承载该刀具；
X轴移动平台，设置于该刀具的下方，其中该X轴移动平台用以夹持加工工件，且沿X轴运动，使得该刀具对该加工工件进行X轴切削加工；
Y轴移动平台，设置于该X轴移动平台的下方，其中该Y轴移动平台用以夹持该X轴移动平台，且沿Y轴运动，使得该刀具对该加工工件进行Y轴切削加工；
Z轴移动平台，设置于该X轴移动平台与该Y轴移动平台的侧方，其中该Z轴移动平台用以承载該主轴及该刀具，且沿Z轴运动，使得该刀具对该加工工件进行Z轴切削加工；
X轴移动平台感测位置装置，设置于该X轴移动平台下方，用以感测该刀具在该X轴移动平台所在位置，而发出X轴感测位置信息；
Y轴移动平台感测位置装置，设置于该Y轴移动平台下方，用以感测该刀具在该Y轴移动平台所在位置，而发出Y轴感测位置信息；
Z轴移动平台感测位置装置，设置于该Z轴移动平台下方，用以感测该刀具在该Z轴移动平台所在位置，而发出Z轴感测位置信息；
三轴角度感测模块，分别紧邻于该X轴移动平台、该Y轴移动平台以及该Z轴移动平台，分别用以感测该X轴移动平台、该Y轴移动平台以及该Z轴移动平台的每个移动平台的三种转动角度，而产生九种角度误差信息；
误差补偿单元，电连接该三轴角度感测模块及该X轴移动平台感测位置装置、该Y轴移动平台感测位置装置以及该Z轴移动平台感测位置装置，用以接收该X轴感测位置信息、该Y轴感测位置信息、该Z轴感测位置信息及三轴移动平台感测位置信息而产生刀具加工空间位置误差信息；和
控制器，电连接该刀具、该X轴移动平台、该Y轴移动平台、该Z轴移动平台以及该误差补偿单元，用以根据该三轴移动平台位置信息操作该刀具及该X轴移动平台、该Y轴移动平台与该Z轴移动平台而将设置于该X轴移动平台上的该加工工件进行空间位置误差补偿切削加工。
2.根据权利要求1所述的工具机，其特征在于，该三轴角度感测模块包含：
X轴移动平台角度感测模块，紧邻于该X轴移动平台，用以感测该X轴移动平台以X轴为转轴的转动角度θx(x)、以Y轴为转轴的转动角度θy(x)以及以Z轴为转轴的转动角度θz(x)，而产生该X轴移动平台的三种转动角度误差信息；
Y轴移动平台角度感测模块，紧邻于该Y轴移动平台，用以感测该Y轴移动平台以X轴为转轴的转动角度θx(y)以Y轴为转轴的转动角度θy(y)、以及以Z轴为转轴的转动角度θz(y)，而产生该Y轴移动平台的三种转动角度误差信息；以及
Z轴移动平台角度感测模块，紧邻于该Z轴移动平台，用以感测该Z轴移动平台以X轴为转轴的转动角度θx(z)、以Y轴为转轴的转动角度θy(z)、以及以Z轴为转轴的转动角度θz(z)，而产生该Z轴移动平台的三种转动角度误差信息。
3.根据权利要求2所述的工具机，其特征在于，该刀具加工空间位置误差信息包括该X轴移动平台的X方向的刀具加工空间位置误差信息为δx(x)、Y方向的刀具加工空间位置误差信息为δy(x)以及Z方向的刀具加工空间位置误差信息为δz(x)，其分别满足以下公式：
δx(x)＝Lxzθy(x)-Lxyθz(x)；
δy（y）＝Lyxθz(y)-Lyzθx(y)；以及
δz(x)＝Lxyθx(x)-Lxxθy(x)；
Lxz为该X轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行Z轴的最短直线距离，Lxy为该X轴感测位置装置的感测点与该刀具之间平行Y轴的最短直线距离，Lxx为该X轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行X轴的最短直线距离。
4.根据权利要求2所述的工具机，其特征在于，该刀具加工空间位置误差信息包括该Y轴移动平台的X方向的刀具加工空间位置误差信息为δx(y)、Y方向的刀具加工空间位置误差信息为δy(y)、Z方向的刀具加工空间位置误差信息为δz(y)，其分别满足以下公式：
δx(y)＝Lyzθy(y)Lyyθz(y)；
δy(y)＝Lyxθz(y)Lyzθx(y)；以及
δz(y)＝Lyyθx(y)-Lyxθy(y)；
Lyz为该Y轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行Z轴的最短直线距离，Lyy为该Y轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行Y轴的最短直线距离，Lyx为该Y轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行X轴的最短直线距离。
5.根据权利要求2所述的工具机，其特征在于，该刀具加工空间位置误差信息包括该Z轴移动平台的X方向的刀具加工空间位置误差信息为δx(z)、Y方向的刀具加工空间位置误差信息为δy(z)、Z方向的刀具加工空间位置误差信息为δz(z)，其分别满足以下公式：
δx(z)＝Lzzθy(z)－Lzyθz(z)；
δy(z)＝Lzxθz(z)－Lzzθx(z)；以及
δz(z)＝Lzyθx(z)－Lzxθy(z)；
Lzz为该Z轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行Z轴的最短直线距离，Lzy为该Z轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行Y轴的最短直线距离，Lzx为该Z轴移动平台感测位置装置的感测点与该刀具之间平行X轴的最短直线距离。
6.根据权利要求3所述的工具机，其特征在于，该控制器电连接该刀具、该X轴移动平台、该Y轴移动平台以及该Z轴移动平台以及该误差补偿单元并用以根据该误差补偿单元所产生的加工位置误差补偿信息操作该X轴移动平台、该Y轴移动平台以及该Z轴移动平台而将加工工件进行空间位置误差补偿切削加工，该X轴移动平台的空间位置误差补偿信息为δx(x)+δx(y)+δx(z)，该Y轴移动平台的空间位置误差补偿信息为δy(x)+δy(y)+δy(z)，该Z轴移动平台的空间位置误差补偿信息为δz(x)+δz(y)+δz(z)。
7.根据权利要求1所述的工具机，其特征在于，该三轴角度感测模块为光学感测模块。
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