DE102011118801A1

DE102011118801A1 - Automatische Kalibrierung und Kompensation für einen CNC-Maschinentisch und einen zugeordneten Taster

Info

Publication number: DE102011118801A1
Application number: DE102011118801A
Authority: DE
Inventors: Jie Gu; John S. Agapiou; Sheri K. Kurgin; Paula J. Deeds
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2012-05-24
Also published as: US8577495B2; CN102478815B; US20120130531A1; CN102478815A

Abstract

Ein Verfahren zum Kalibrieren einer CNC-Maschine umfasst ein Montieren einer Lehre an einem Tisch der CNC-Maschine und ein Kalibrieren eines Tasters auf die an der CNC-Maschine montierte Lehre. Eine Gesamtabweichung des Tasters und eine aktuelle Tischzentrumsposition von einer Nenn-Tischzentrumsposition für ein Koordinatensystem, das der CNC-Maschine zugeordnet ist, werden bestimmt. Ein Controller, der funktionell mit der CNC-Maschine und dem Taster verbunden ist, ist so programmiert, dass die Gesamtabweichung kompensiert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Kalibrierung von CNC-Maschinen, insbesondere die Kalibrierung eines Maschinentisches und eines Tasters.
HINTERGRUND
Numerisch computergesteuerte (CNC-)Maschinen werden häufig dazu verwendet, Gegenstände herzustellen, die den Einsatz von Bearbeitungsprozessen erfordern. Es wird ein Koordinatensystem verwendet, um die CNC-Maschine für den Bearbeitungsprozess zu programmieren, und das Zentrum des Koordinatensystems wird einem Zentrumspunkt für einen Tisch der CNC-Maschine zugeordnet.
Um die Produktivität der CNC-Bearbeitung zu maximieren, können Spanneinrichtungen eingesetzt werden, um jedes Teil mit dem Maschinentisch auszurichten. Eine Spanneinrichtung erlaubt die Bearbeitung von Teilen mit verschiedenen Positionier- und Klemmanordnungen an demselben Maschinentischzentrum. Wenn die Spanneinrichtung an dem Tisch installiert ist, ist es möglich, dass sie beispielsweise aufgrund von Schmutz oder anderen Positionierungsfehlern nicht perfekt ausgerichtet ist.
Um die Installationsfehler in Bezug auf eine Gefährdung der Qualität bearbeiteter Teile zu verhindern, kann die exakte Positionierung der Spanneinrichtung elektronisch abgetastet werden, und die Resultate können in den Arbeitsversatz der Maschine aufgenommen werden. Jedoch muss, um genaue Tasterergebnisse zu erhalten, der Taster zunächst kalibriert werden. Gegenwärtig werden mehrere Verfahren zum Kalibrieren von Tastern verwendet. Jedoch erfordert jedes Verfahren die Anstrengung von Wartungspersonal, um präzise Berechnungen und komplexe Prozeduren auszuführen. Daher erfordert die Tasterkalibrierung unter Verwendung dieser Verfahren mehrere Stunden an Maschinenabschaltzeit.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zum Kalibrieren einer CNC-Maschine umfasst das Montieren einer Lehre an einem Tisch für die CNC-Maschine und das Kalibrieren eines Tasters auf die an dem Tisch montierte Lehre. Es werden eine Gesamtabweichung des Tasters und eine aktuelle Tischzentrumsposition von einer Nenn-Tabellenzentrumsposition für ein der CNC-Maschine zugeordnetes Koordinatensystem bestimmt. Ein Controller, der funktionell mit der CNC-Maschine und dem Taster verbunden ist, ist so programmiert, dass er die Gesamtabweichung kompensiert.
Ein Verfahren zum Kalibrieren eines Tasters auf eine an der CNC-Maschine montierte Lehre umfasst das Messen einer Mehrzahl von Punkten um einen Umfang der Lehre mit dem Taster und das Berechnen eines Zentrumspunkts der Lehre unter Verwendung der Mehrzahl von durch den Taster abgenommenen Messungen.
Ein Verfahren zum Kalibrieren des Taster- und CNC-Maschinentischzentrums auf das Koordinatensystem für die CNC-Maschine umfasst das Messen einer ersten aktuellen Lehrenposition an dem Koordinatensystem für die CNC-Maschine mit dem Taster. Der Tisch für die CNC-Maschine wird gedreht, und die aktuelle Lehrenposition an dem Koordinatensystem bei einer zweiten aktuellen Lehrenposition wird gemessen. Die Gesamtabweichung des Tasters und des aktuellen Maschinentischzentrums zu einem Nenn-Maschinentischzentrum wird unter Verwendung der ersten und zweiten aktuellen Lehrenpositionen berechnet. Ein Controller, der funktionell mit der CNC-Maschine und dem Taster verbunden ist, ist so programmiert, dass er die Gesamtabweichung kompensiert.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und besten Arten zur Ausführung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und angefügten Ansprüchen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine teilweise schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer CNC-Maschine mit einem Taster, der an einem Tisch für die CNC-Maschine in einer ersten Position angeordnet ist;
2 ist eine schematische Draufsicht einer Basisspanneinrichtung und eines Koordinatensystems für die CNC-Maschine von 1;
3 ist eine teilweise schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts der CNC-Maschine, die eine erste Ausführungsform zum Zentrieren des Tasters zur Verwendung mit der CNC-Maschine von 1 zeigt;
4 ist eine teilweise schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer CNC-Maschine, die eine erste Ausführungsform zum Kalibrieren eines lateralen Taststifts für den Taster zur Verwendung mit der CNC-Maschine von 1 zeigt;
5 ist eine teilweise schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer CNC-Maschine, die eine erste Ausführungsform zum Kalibrieren eines Tischzentrums für die CNC-Maschine von 1 zeigt;
6 ist ein schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines ersten Verfahrens zum Kalibrieren des Tasters und der CNC-Maschine von 1;
7 ist eine teilweise schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer CNC-Maschine, die eine erste Ausführungsform zum Kalibrieren eines geraden Taststifts für den Taster zur Verwendung mit der CNC-Maschine von 1 zeigt;
8 ist eine teilweise schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer CNC-Maschine, die die erste Ausführungsform zum Kalibrieren des geraden Taststifts für den Taster zur Verwendung mit der CNC-Maschine der 1 und 7 weiter veranschaulicht;
9 ist eine teilweise schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts der CNC-Maschine von 1, die eine erste Ausführungsform zum Messen eines x-Orts mit dem kalibrierten und kompensierten Taster- und Maschinentischzentrum zeigt;
10 ist eine teilweise schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts der CNC-Maschine der 1 und 9, die eine erste Ausführungsform zum Messen eines z-Orts mit dem kalibrierten und kompensierten Taster- und Maschinentischzentrum veranschaulicht; und
11 ist eine teilweise schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts der CNC-Maschine der 1 und 9–10, die eine erste Ausführungsform zum Messen eines y-Orts mit dem kalibrierten und kompensierten Taster- und Maschinentischzentrum zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten über die verschiedenen Ansichten hinweg bezeichnen, veranschaulicht 1 eine teilweise Ansicht eines Abschnitts einer Vier-Achsen-B-Drehtisch-CNC-Maschine 10. Die CNC-Maschine 10 besitzt einen Tisch 12. Eine Basisspanneinrichtung 14 ist an dem Tisch 12 montiert, und ein Koordinatensystem 16 ist dem Tisch 12 und der Basisspanneinrichtung 14 zugeordnet. 2 veranschaulicht schematisch eine Draufsicht der Basisspanneinrichtung 14 mit dem daran dargestellten Koordinatensystem 16.
Bezug nehmend auf die 1 und 2 ist ein Taster 18 funktionell mit der CNC-Maschine 10 verbunden. Der Taster 18 besitzt einen lateralen Taststift 22 und einen geraden Taststift 20 zum Messen von Punktorten, die der CNC-Maschine 10 zugeordnet sind. Der Taster 18 kann um eine Spindelachse 54 gedreht werden, so dass der laterale Taststift 22 und der gerade Taststift 20 an einer Anzahl von Drehpositionen angeordnet sein können, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist. Eine Kugellehre 24 ist an der Basisspanneinrichtung 14 zum Kalibrieren des Tisches 12 und des Tasters 18 montiert. Der Taster 18 ist in der Lage, Messungen von verschiedenen Orten um den Umfang der Kugellehre 24 zu erhalten.
Der Taster 18 und der Tisch 12 sind funktionell mit einem Controller 26 verbunden, um einen Eingang von dem Taster 18 und dem Tisch 12 bereitzustellen. Der Controller 26 steuert auch die CNC-Maschine 10 einschließlich der Rotationsposition des Tisches 12. Bei der gezeigten Ausführungsform rotiert die CNC-Maschine 10 um die B-Achse (mit 27 gezeigt). Die Rotation der CNC-Maschine 10 ist durch Pfeil 28 dargestellt.
Das Koordinatensystem 16 ist an einer Nenntischposition (X₀, Z₀) zentriert, die die Zentralposition darstellt, wie durch den Controller 26 für die CNC-Maschine 10 aufgezeichnet ist. Das aktuelle Tischzentrum (X₀₀, Z₀₀) weicht um eine Distanz (ΔTx, ΔTz) weg von dem Nenntischzentrum (X₀, Z₀) ab. Zusätzlich zu der Tischabweichung (ΔTx, ΔTz) zwischen dem aktuellen Tischzentrum (X₀₀, Z₀₀) und dem Nenntischzentrum (X₀, Z₀) ist der Taster 18 nicht kalibriert. Daher weichen jegliche Messungen, die durch den Taster 18 abgenommen werden, von der aktuell gemessenen Position um eine Distanz (Δx, Δz) ab.
Die Kugellehre 24 ist an dem Tisch an einem ersten Ort (x, z) angeordnet. Der erste Ort (x, z) kann sich irgendwo an dem Koordinatensystem 16 befinden, und die Kugellehre 24 muss nicht an einem spezifischen Ort an dem Tisch 12 und der Basisspanneinrichtung 14 angeordnet werden.
Wenn der Tisch 12 und der Taster 18 nicht kalibriert sind, enthalten jegliche abgenommenen Messungen die Abweichungen (ΔTx, ΔTz) von dem Nenntischzentrum (X₀, Z₀) zu dem aktuellen Tischzentrum (X₀₀, Z₀₀) wie auch die Abweichung (Δx, Δz) des Tasters 18, insbesondere des lateralen Taststifts 22, der beim Messen der Kugellehre 24 gezeigt ist. Zusätzlich zu der Tischabweichung (Δx, Δz) der Messungen des Tasters 18 kann die Kalibrierung für den Taster 18 auch ein Biegen des lateralen Taststifts 22 und/oder des geraden Taststifts 20 berücksichtigen, je nachdem, welcher für die Messungen verwendet wird.
Bezug nehmend auf die 3–4 wird der Taster 18 auf die Kugellehre 24 kalibriert. Der Taster 18 misst zunächst mehrere Orte um die Kugellehre 24 unter Verwendung des lateralen Taststifts 22. Beispielsweise misst der laterale Taststift 22 vier Orte um dem Umfang der Kugellehre 24. 3 zeigt den Taster 18, wenn er eine Messung an einem ersten Ort an dem Umfang der Kugellehre 24 nimmt. Zusätzliche Messungen werden um den Umfang abgenommen, wie durch den Taster bei 19 und 21 dargestellt ist, wie in gestrichelten Linien gezeigt ist (nur zwei der mehreren Orte um die Kugellehre 24 sind gezeigt). Unter Verwendung dieser Umfangsmessungen wird eine Berechnung mit der Methode der kleinsten Quadrate (von engl.: ”least square fit calculations”) ausgeführt, um den Zentrumsort der Kugellehre 24 zu bestimmen, der an der Position (x, z) in 2 angeordnet ist. Somit ist das Zentrum der Kugellehre 24 bestimmt worden, und nun wird der laterale Taststift 22 des Tasters 18 auf die Kugellehre 24 kalibriert.
Wie oben erwähnt ist, kann es in einigen Fällen erwünscht sein, genauso eine Biege- oder Schub-/Zug-Abweichung des lateralen Taststifts 22 zu bestimmen. Wenn dies gewünscht ist, misst der Taster 18 dann zwei gegenüberliegende Punkte an dem Umfang der Kugellehre 24, wie in 4 gezeigt ist. Der erste gemessene Ort ist durch den Taster 18 gezeigt, und der zweite gemessene Ort ist in gestrichelten Linien durch den Taster 19 gezeigt. Die beiden gegenüberliegenden Punkte werden mit den erwarteten Messpunkten zu dem Zentrum der Kugellehre 24 verglichen, wie oben bestimmt ist. Die durchschnittliche Differenz zwischen den aktuellen und erwarteten Messungen ist ein Ergebnis jeglicher Schub-/Zug-Abweichung des Tasters 18. Die Schub-/Zug-Abweichung des Tasters 18 ist eine Abweichung, die aufgrund eines Biegens des lateralen Taststifts 22 des Tasters 18 infolge eines Schiebens oder Ziehens an dem Taster 18 erfolgt. Die erste Biegeabweichung des Tasters 18 wird durch Mitteln der Messungen berechnet.
Die Abweichung des lateralen Taststifts 22 (Δx, Δz) des Tasters 18 und die Tischzentrumsabweichung von nominell zu aktuell (ΔTx, ΔTz) sind kollinear zueinander. Daher muss die Gesamtabweichung (ΔTx + Δx, ΔTz + Δz) des Tisches 12 und des lateralen Taststifts 22 des Tasters 18 immer noch kalibriert werden.
Bezug nehmend auf die 1, 2 und 5 misst der laterale Taststift 22 den ersten Ort (x, z) der Kugellehre 24. Aufgrund dessen, dass der Taster 18 nicht auf den Tisch 12 kalibriert ist, und aufgrund der Differenz zwischen dem nominellen Tischzentrum (X₀, Z₀) und dem aktuellen Tischzentrum (X₀₀, Z₀₀) ist die erste gemessene Position der Kugellehre 24 aktuell (X₁, Z₁). Wobei der erste gemessene x-Ort (X₁) gleich der aktuellen x-Position (x) der Kugellehre 24 plus der x-Abweichung des Tischzentrums (ΔTx) plus der x-Abweichung des lateralen Taststifts 22 (Δx) des Tasters 18 ist. Gleichermaßen ist der erste gemessene z-Ort (Z₁) gleich der aktuellen z-Position (z) der Kugellehre 24 plus der z-Abweichung des Tischzentrums (ΔTz) plus der z-Abweichung des Tasters 18 (Δz). Die erste Kugellehrenposition (X₁, Z₁) wird an einer ersten Rotationsposition B₁ um die Tischachse 27 (in 5 gezeigt) gemessen. Dies ist durch die Gleichungen unten repräsentiert: X₁ = x + ΔTx + Δx; und Z₁ = z + ΔTz + Δz.
Der Tisch 14 kann dann um die B-Achse 27 so gedreht werden, dass sich die Kugellehre 24 an einer zweiten Position B₂ befindet. Bei der gezeigten Ausführungsform befindet sich die Drehposition des zweiten Tisches 12 um B-Grade aus der ursprünglichen Drehposition des Tisches 12 entfernt. Wenn der Tisch 12 und die Basisspanneinrichtung 14 gedreht werden, dreht sich das Koordinatensystem 16 nicht. Die zweite Tischposition B₂ der Basisspanneinrichtung 14 ist in 2 in gestrichelten Linien mit 15 gezeigt. Die Kugellehre 24 dreht sich um das aktuelle Tischzentrum (X₀₀, Z₀₀), nicht um das Nenn-Tischzentrum (X₀, Z₀). Daher befindet sich, nachdem der Tisch 12 und die Basisspanneinrichtung 14 gedreht worden sind, die Kugellehre 24 nun an einem Punkt (xx, zz) in Bezug auf das ursprüngliche Koordinatensystem 16 bei der zweiten Tischposition B₂. Die Differenz B in der Drehposition des Tisches ist B = B₂ – B₁.
Die Messungen können abgenommen werden, wenn die erste Drehposition B₁ 0-Grade an Drehung um die B-Achse 27 liegt und die zweite Drehposition B₂ 90-Grade an Drehung um die B-Achse 27 liegt. Jedoch kann es sein, dass der Taster 18 in der 0-Grad-Drehposition um die B-Achse 27 nicht in der Lage ist, die Kugellehre 24 zu erreichen. Daher können beliebige zwei Drehpositionen B₁, B₂ der Kugellehre 24 verwendet werden. Diese sollten um 90 Grad beabstandet sein, so dass die berechnete Gesamtabweichung (ΔTx + Δx, ΔTz + Δz) eine ähnliche Genauigkeitsverteilung für sowohl die x- als auch z-Richtungen besitzt. Zusätzlich sind die Gleichungen der Gesamtabweichung (ΔTx + Δx, ΔTz + Δz) unten nur auf die Verwendung von zwei Drehpositionen B₁, B₂ der Kugellehre 24 gerichtet. Jedoch können die nachfolgend beschriebenen Gleichungen der Gesamtabweichung (ΔTx + Δx, ΔTz + Δz) eingestellt werden, um Messungen zu verwenden, die an mehr als zwei Positionen der Kugellehre 24 abgenommen werden. Der Fachmann wäre in der Lage, die Gleichungen so zu modifizieren, dass die Gesamtabweichung (ΔTx + Δx, ΔTz + Δz) unter Verwendung von mehr als zwei gemessenen Orten berechnet wird.
Eine aktuelle zweite Kugelposition (xx, zz) wird durch den Taster 18, insbesondere durch den lateralen Taststift 22 (in 5 in gestrichelten Linien mit 19 gezeigt) gemessen. Wie zuvor weist der gemessene zweite Kugelort (X₂, Z₂) die Abweichung (Δx, Δz) des Tasters 18 auf. Somit ist die Position der Kugellehre 24 für zwei Positionen des Tisches 18 bekannt. Mit den zwei bekannten Positionen für die Kugellehre 24 kann dann nach der Gesamtabweichung (ΔTx + Δx, ΔTz + Δz) zwischen den bekannten Positionen und dem nominellen Tischzentrum (X₀, Z₀) aufgelöst werden. Dies ist durch die Gleichungen unten repräsentiert, wobei B = B₂ – B₁:
Somit ist die Gesamtabweichung (ΔTx + Δx, ΔTz + Δz) des Tisches 12 und des Tasters 18, insbesondere des lateralen Taststifts 22, bekannt. Die Gesamtabweichung (ΔTx + Δx, ΔTz + Δz) kann dann in den Controller 26 für die CNC-Maschine 10 eingegeben werden, und das Nenn-Arbeitskoordinatenzentrum 16 kann versetzt werden, um die Gesamtabweichung (ΔTx + Δx, ΔTz + Δz) zu kompensieren. Somit ist das Zentrum des Tisches 12 gefunden worden und der Taster 18 wird in einer einzelnen Prozedur kalibriert.
Bezug nehmend auf die 1 und 6 ist ein Verfahren 30 zum automatischen Kalibrieren der Summe von Fehlern für den Taster 18, insbesondere den lateralen Taststift 22 und des Zentrums des Tisches 12 beschrieben. Ein Koordinatensystem 16 wird in den Controller 26 eingegeben, um ein Nenn-Tischzentrum zu bilden, Schritt 32. Eine Lehre 24 wird an dem Tisch 12 angeordnet, Schritt 34. Der laterale Taststift 22 wird an einen ersten Ort der Kugellehre 24 bewegt, Schritt 36. Der laterale Taststift 22 nimmt mehrere Messungen um den Umfang der Kugellehre 24 ab, um den Taster 18 auf der Kugellehre 24 zu zentrieren und einen ersten gemessene Kugelort (X₁, Z₁) zu bestimmen, Schritt 38. Unter Verwendung der mehreren Messungen wird eine Berechnung mit der Methode der kleinsten Quadrate verwendet, um das Zentrum der Kugellehre 24 zu finden, Schritt 40. Gegebenenfalls kalibriert dann der Taster 18 die erste Biegeabweichung, d. h. den Schub/Zug des Tasters 18, Schritt 42. Unabhängig davon, ob eine erste Biegeabweichung des Tasters 18 kalibriert ist, wird der Tisch um die B-Achse 27 gedreht, um die Kugellehre 24 an einen zweitem Ort zu bewegen, Schritt 44. Der laterale Taststift 22 nimmt mehrere Messungen um den Umfang der Kugellehre 24, um einen zweiten gemessenen Kugelort (X₂, Z₂) zu bestimmen, Schritt 46. Unter Verwendung der Berechnungen mit der Methode der kleinsten Quadrate wird wiederum das Zentrum der Kugellehre 24 für den zweiten Kugelort (X₂, Z₂) berechnet, Schritt 48. Die CNC-Maschine 10 verwendet dann die erste und zweite Messung zur Berechnung der Gesamtabweichung (ΔTx + Δx, ΔTz + Δz) des Zentrums des Tisches 12 und des Tasters 18, Schritt 50. Das Koordinatensystem 16 für die CNC-Maschine 10 wird neu zentriert, um die Gesamtabweichung für zukünftige Messungen und Steuerungen zu kompensieren, Schritt 52. Das neu zentrierte Koordinatensystem 116 ist in den 9 bis 11 gezeigt.
Somit werden der CNC-Tisch 12 und der Taster 18, insbesondere der laterale Taststift 22, kalibriert, und die Gesamtabweichung (ΔTx + Δx, ΔTz + Δz) wird durch den Controller 26 kompensiert. Anschließend können die XZ-Richtungen eines Merkmals 58 an einer Spanneinrichtung 56 (in den 9–11 gezeigt), die an der CNC-Maschine 10 montiert ist, durch den kompensierten lateralen Taststift 22 aktuell abgetastet werden. Zusätzlich kann der gerade Taststift 20 in der y-Richtung durch Abtasten des Oberteils der Kugellehre 24 an zwei Spindelpositionen kalibriert werden, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben ist.
Das Kalibrierungsverfahren 30 kann durch den Controller 26 automatisiert werden, so dass der gesamte Kalibrierungsprozess für das Zentrum des CNC-Tisches 12 und den Taster 18 wenige Minuten für die CNC-Maschine 10 einnimmt.
Die 7 und 8 zeigen ein Verfahren zum Kalibrieren des geraden Taststifts 20 in der y-Richtung für den Taster 18 oder zum Abnehmen von Messungen mit einem nicht kalibrierten geraden Taststift 20. Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde der laterale Taststift 22 zum Abnehmen von Messungen der Kugellehre 24 verwendet und wurde kalibriert, wie in den 4 und 6 gezeigt ist. Jedoch ist der gerade Taststift 20 für den Taster 18 nicht kalibriert worden. Der gerade Taststift 20 muss kalibriert werden, um ein Biegen des geraden Taststifts 20 zu berücksichtigen, wenn der Taster Messungen nimmt. Somit muss eine zweite Biegeabweichung bestimmt werden, um ein Biegen des geraden Taststifts 20 zu berücksichtigen. Alternativ dazu kann das nachfolgend beschriebene Verfahren einfach jedes Mal, wenn eine Messung mit dem geraden Taststift 20 abgenommen wird, wiederholt werden.
Der gerade Taststift 20 kann für die CNC-Maschine 10 durch Abnehmen einer ersten Messung des Oberteils der Kugellehre 24 in der Position der y-Richtung mit dem geraden Taststift 20 kalibriert werden, wenn der Taster 18 in einer Orientierung von 90 Grad angeordnet ist. Die Orientierung von 90 Grad betrifft, dass der Taster 18 um eine Spindelachse 54 gedreht wird. Null Grade an Drehung für den Taster 18 betreffen die Position des lateralen Taststifts 22, wenn er sich abwärts zu dem CNC-Tisch 12 erstreckt. In 7 wird der laterale Taststift 22 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Spindelachse 54 um 90 Grad gedreht, und die erste Messung der Kugellehre 24 wird mit dem geraden Taststift 20 abgenommen. Das Ergebnis der ersten Messung des geraden Taststifts 20 wird in den Controller 26 eingegeben. Der Taster 18 kann dann in die Orientierung von 270 Grad gedreht werden, und eine zweite Messung wird abgenommen und in den Controller 26 eingegeben. Die erste und zweite Messung werden gemittelt, um die aktuelle y-Position an dem Kugeloberteil zu finden und daher die zweite Biegeabweichung für den geraden Taststift 20 des Tasters 18 zu kalibrieren. Mit bekannter aktueller y-Position und dem zertifizierten Kugeldurchmesser wird der gerade Taststift 20 in der y-Richtung durch eine herkömmliche Kalibrierungsvorgehensweise kalibriert.
Die obige Ausführungsform zum Kalibrieren des Tischzentrums der CNC-Maschine 10 und des Tasters 18 kann für CNC-Maschinen 10 verwendet werden, die horizontal oder vertikal montierte Spanneinrichtungen besitzen, um die kalibrierten x- und z-Positionen zu finden. Ferner kann, obwohl eine Kugellehre 24 verwendet wird, auch eine Ringlehre verwendet werden. Der Fachmann wäre in der Lage, zu bestimmen, ob eine Ringlehre oder eine Kugellehre für einen bestimmten Kalibrierungsprozess und eine bestimmte CNC-Maschine 10 verwendet werden sollte. Nachdem der Taster 18 und das Tischzentrum 12 kalibriert worden sind, kann eine flexible Spanneinrichtung 56 (in den 9–11 gezeigt) an der Basisspanneinrichtung 14 montiert werden. Die flexible Spanneinrichtung 56 kann dann durch die CNC-Maschine 10 unter Verwendung des vorher kalibrierten Tasters 18 gemessen werden.
Die 9–11 zeigen die Verwendung des kalibrierten Tasters 18 zum Messen eines Positioniermerkmals 58, das an einer flexiblen Spanneinrichtung 56 für die CNC-Maschine 10 angeordnet ist. Das Koordinatensystem 116 ist unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens neu zentriert worden. Die flexible Spanneinrichtung 56 wird an der Basisspanneinrichtung 14 montiert. Die flexible Spanneinrichtung 56 weist eine Mehrzahl von Positioniermerkmalen 58 auf (nur eines gezeigt). 9 zeigt, wie der Taster 18 positioniert werden kann, um einen x-Ort des Positioniermerkmals 58 unter Verwendung des lateralen Taststifts 22 zu messen, der, wie oben beschrieben ist, kalibriert worden ist. 10 zeigt, wie der Taster 18 positioniert werden kann, um einen z-Ort des Positioniermerkmals 58 unter Verwendung des lateralen Taststifts 22 zu messen. 11 zeigt, wie der Taster 18 positioniert werden kann, um einen y-Ort des Positioniermerkmals 58 unter Verwendung des geraden Taststifts 20 zu messen, der, wie oben in den 7 bis 8 beschrieben ist, kalibriert worden ist. Wenn alternativ dazu der gerade Taststift 20 vor Montage der flexiblen Spanneinrichtung 56 an der Basisspanneinrichtung 14 nicht kalibriert worden ist, kann der y-Ort des Positioniermerkmals 58 dennoch durch den geraden Taststift 20 gemessen werden. Wie oben beschrieben ist, wird eine Messung mit dem geraden Taststift 20 abgenommen, wenn der Taster 18 an jeder von zwei Rotationsorientierungen 180 Grad beabstandet an der Spindelachse 54 angeordnet ist (wie in den 7–8 gezeigt ist). Die Messungen werden gemittelt, um den y-Ort des Positioniermerkmals 58 zu bestimmen.
Während die besten Arten zur Ausführung der Erfindung detailliert beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der angefügten Ansprüche.

Claims

Verfahren zum Kalibrieren einer CNC-Maschine, umfassend: Montieren einer Lehre an einem Tisch der CNC-Maschine; Kalibrieren eines Tasters auf die an dem Tisch montierte Lehre; Bestimmen einer Gesamtabweichung des Tasters und einer aktuellen Tischzentrumsposition von einer Nenn-Tischzentrumsposition für ein Koordinatensystem, das der CNC-Maschine zugeordnet ist; und Programmieren eines Controllers, der funktionell mit der CNC-Maschine und dem Taster verbunden ist, um die Gesamtabweichung zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kalibrieren des Tasters umfasst: Messen einer Mehrzahl von Punkten um einen Umfang der Lehre mit dem Taster; und Berechnen eines Zentrumspunkts der Lehre unter Verwendung der Mehrzahl von durch den Taster gemessenen Punkten.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Messen von zwei gegenüberliegenden Punkten an dem Umfang der Lehre mit dem Taster, wobei jeder der gegenüberliegenden Punkte mit einer jeweils gegenüberliegenden Seite des Tasters gemessen wird; und Berechnen einer ersten Biegeabweichung des Tasters unter Verwendung der beiden gegenüberliegenden Punkte, die gemessen wurden, um den Taster mit der Lehre zu kalibrieren.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Kalibrieren des Tasters ferner umfasst: Messen eines y-Ortes eines Merkmals mit einem geraden Taststift des Tasters, wenn ein lateraler Taststift des Tasters in einer ersten Orientierung um eine Spindelachse positioniert ist; Messen des y-Ortes des Merkmals mit dem geraden Taststift des Tasters, wenn der laterale Taststift des Tasters in einer zweiten Orientierung um eine Spindelachse positioniert ist, die sich 180 Grad von der ersten Orientierung befindet; und Berechnen eines aktuellen y-Ortes des Merkmals durch Mitteln der ersten und zweiten Messung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Gesamtabweichung des Tasters und der aktuellen Tischzentrumsposition ferner umfasst: Messen einer ersten aktuellen Lehrenposition an dem Koordinatensystem mit dem Taster; Drehen des Tisches und Messen einer zweiten aktuellen Lehrenposition an dem Koordinatensystem mit dem Taster; Berechnen des Versatzes der Gesamtabweichung des Tasters und des aktuellen Maschinentischzentrums unter Verwendung der ersten aktuellen Lehrenposition und der zweiten aktuellen Lehrenposition; und Programmieren des Controllers für die CNC-Maschine mit der berechneten Gesamtabweichung, um den Taster und das Maschinentischzentrum für zukünftige Berechnungen zu kalibrieren.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem Abnehmen der Messungen der Lehre mit einem lateralen Taststift des Tasters.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lehre eine Kugellehre ist.
Verfahren zum Kalibrieren eines Tasters mit einer Lehre, die an einer CNC-Maschine montiert ist, umfassend: Messen einer Mehrzahl von Punkten um einen Umfang der Lehre mit dem Taster; und Berechnen eines Zentrumspunkts der Lehre unter Verwendung der Mehrzahl von durch den Taster gemessenen Punkten.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: Messen von zwei gegenüberliegenden Punkten an dem Umfang der Lehre mit dem Taster, wobei jeder der gegenüberliegenden Punkte mit einer jeweils gegenüberliegenden Seite des Tasters gemessen wird; und Berechnen einer ersten Biegeabweichung des Tasters auf Grundlage der zwei gegenüberliegenden Punkte, die gemessen wurden, um den Taster mit der Lehre zu kalibrieren.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend: Messen des Lehrenortes mit einem geraden Taststift des Tasters, wenn ein lateraler Taststift des Tasters an einer Orientierung von 90 Grad um eine Spindelachse relativ zu einer Abwärtsposition positioniert ist; Messen des Lehrenortes mit einem geraden Taststift des Tasters, wenn ein lateraler Taststift des Tasters an einer Orientierung von 270 Grad um eine Spindelachse relativ zu einer Abwärtsposition positioniert ist; und Berechnen einer zweiten Biegeabweichung für den geraden Taststift des Tasters unter Verwendung der ersten und zweiten Messung, die mit dem geraden Taststift des Tasters abgenommen wurden.