TW202140194A - 校正裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本發明描述一種用於諸如機床之一坐標定位機器之校正裝置。該裝置(200)包括：一基座(30；130；202)、一校正人工製品(34；134)及一偏轉機構(32)，該偏轉機構(32)將該校正人工製品(34；134)附接至該基座(30；130；202)，且容許藉由一外力之施加而使該校正人工製品(34；134)相對於該基座(30；130；202)移動。該裝置進一步包括一可釋放鎖，該可釋放鎖在鎖定時相對於該基座(30；130；202)固定該校正人工製品(34；134)。

Description

校正裝置及方法

本發明係關於一種與一坐標定位設備(諸如一機床)一起使用的校正裝置。具體而言，本發明係關於一種降低複雜性的校正裝置及使用此一裝置之相關聯方法。

已知各種坐標定位設備。舉例而言，數控機床廣泛用於製造業中以切割零件，諸如用於汽車及飛機等之金屬零件。為了以一高精度位準(例如，在幾微米內)切割特徵，必需校正此等機床上之一量測探針。當使用具有一或多個旋轉軸之機床(例如，銑車或五軸機床)時，情況尤為如此，其中在切割程序期間改變零件相對於切割工具之定向。

一典型校正程序之一關鍵部分(尤其對於具有至少一個旋轉軸之一機床)係確定一環規、校正球體等之中心相對於機床之一參考位置之位置。一旦確定，中心接著便可充當一工作坐標系統中之一機器基準點，所有後續量測及校正程序皆基於該機器基準點。

已知使用安裝於機床之轉軸中之一撥號盤測試指示器或一接觸式探針在平行於機床床身之一平面(通常稱為XY平面)中確定球體中心位置。沿垂直於機床床身之軸(通常稱為Z軸)量測球體中心位置更為複雜，且迄今為止通常已使用各種手動程序執行。舉例而言，已知在手動控制下使已知長度之一參考工具沿z軸移動朝向校正球體。參考工具朝向球體推進，直至已知厚度之一規塊剛好「夾持」於參考工具與球體之間。此等手動程序可係不準確的，且已發現校正之結果隨操作員而變化。

國際專利公開案WO2017/121990描述一種校正裝置，該校正裝置容許相對於機床之參考位置確定一校正球體之中心。該裝置包含一校正人工製品，該校正人工製品相對於其基座偏置至一已知且可重複靜止位置，但在對其施加一足夠大力時(例如，藉由一校正長度量棒)，該校正人工製品可從該靜止位置移開。在該裝置內提供一感測器，以量測偏離靜止位置(例如，沿機器之z軸)之量值，藉此容許使用一外插技術以一高精度位準判定校正裝置之一位置(例如，在z軸上)。WO2017/121990之裝置使得能夠進行球體位置之高精度及全自動量測，但本發明者已發現校正裝置之製造及使用相對昂貴。

根據本發明之一第一態樣，提供一種用於一坐標定位機器之校正裝置，其包括： 一基座， 一校正人工製品，及 一偏轉機構，其將該校正人工製品附接至該基座且容許藉由一外力之施加而使該校正人工製品相對於該基座移動， 其特徵在於，該裝置進一步包括一可釋放鎖，該可釋放鎖在鎖定時相對於該基座固定該校正人工製品。

因此，提供一種校正裝置，其適於在校正諸如機床、坐標量測機器(CMMs、機器人及類似物之坐標定位機器時使用。該校正裝置包括一基座，該基座較佳地可釋放地附接至該坐標定位機器之一部分。舉例而言，該基座可磁性地附接至一機床之床身。校正裝置亦包括一校正人工製品，諸如一校正球體(例如，具有已精確量測至一可追蹤量測標準之半徑之一球體)、一環規或經由一偏轉機構附接至該基座之一平板。

該偏轉機構容許該校正人工製品相對於該基座移動，但該裝置之特徵在於亦包括一鎖，該鎖容許在需要時防止此相對運動。換言之，該偏轉機構可經「解鎖」，藉此容許該校正人工製品相對於該基座移動，或「鎖定」，藉此防止該校正人工製品相對於該基座移動。此配置容許該校正人工製品在解鎖時藉由一外力之施加相對於該基座移動至一偏轉位置中。舉例而言，一機器之轉軸中承載之一已知長度量棒或參考工具可接合且相對於該基座移動該校正人工製品。一旦移動至此一偏轉位置中，該鎖便可啟動(即鎖定)，使得即使該長度量棒或參考工具與之脫離時，該校正人工製品接著仍保持於該偏轉位置中。因此，若使用在坐標定位機器之坐標系統中具有一已知位置之一參考工具(例如，一長度量棒、已知長度之工具等)設定該偏轉位置，則該校正人工製品因此相對於基座變得不可移動且該校正人工製品之位置係已知的。該校正人工製品接著可保持鎖定(固定)於適當位置，且可用於進一步校正任務。

因此，本發明之校正裝置具有以下優點：其可提供一種在機器坐標系統中具有一已知位置(例如，在一個、二個或三個維度中)之校正人工製品，但此可在不必感應何時與校正人工製品接觸之情況下完成，且不必量測校正人工製品之偏轉之量。代替性地，本發明者已認識到，只要可在機床坐標系統中判定該位置，該校正人工製品便可移動至任意位置中。因此，本發明之校正裝置比先前技術裝置(諸如先前專利公開案WO2017/121990中所描述者)複雜度更低，且製造成本更低，同時亦移除在參考工具與一校正球體之間夾持已知厚度之一規塊之主觀元素。儘管需要鎖定該校正裝置之一步驟，即使手動完成，亦可僅在該機器已停止移動之後如此做；即，當該機器移動時，無需接達該校正裝置，例如藉由更動安全聯鎖裝置等。

當解鎖時，該偏轉機構可在一定程度上限制該校正人工製品之運動(例如，運動可限制為沿一或多個軸平移)。在一項實施例中，該偏轉機構可方便地包含一導件，當可釋放鎖解鎖時，該導件提供該校正人工製品之線性平移。換言之，該偏轉機構可包含一導件，當可釋放鎖解鎖時，該導件導引該校正人工製品線性地來回移動(即，沿一線性軸)。該偏轉機構可防止該校正人工製品之旋轉。在一個實例中，容許校正人工製品沿與該偏轉機構之一可移動軸件平行的一軸線性運動。在使用中，該校正人工製品之運動之此線性軸可大致對準以與一參考工具之縱軸重合。此一參考工具接著可沿其縱軸移動而與該校正人工製品接合，使得該校正人工製品繼而沿其線性運動軸偏轉。根據定義，已知該參考工具之長度，且因此已知沿該軸之該校正人工製品之位置。

若該偏轉機構將該校正人工製品限制為僅沿一特定軸(例如，一線性平移軸)移動，則藉由該人工製品界定之一相關參考點可經配置以位於該軸上或其附近。換言之，該校正人工製品可方便地位於該線性軸上。舉例而言，一校正球體之中心可經配置以實質上位於一線性平移軸上，且因此沿一線性平移軸來回平移。此防止或減少施加至偏轉機構之任何外力(即，當該校正人工製品移動時)引起該裝置之離軸運動或偏轉(變形)。此繼而有助於確保一旦鎖定可釋放鎖，便可在移除偏轉力時(例如，當參考工具脫離時)，該校正人工製品不會實質性地改變位置。

有利地，該偏轉機構包括一偏置件。該偏置件可使該校正人工製品朝向一靜止位置偏置。該偏置件可藉由一或多個彈簧(例如，螺旋彈簧)提供。藉由該偏置件所施加之力較佳不足以克服藉由該鎖所施加之鎖定力。因此，當鎖處於解鎖狀態時，該偏置件僅導致該校正人工製品之運動。換言之，當鎖定該鎖時，該偏置件不足以克服該鎖定力，且因此該校正人工製品相對於該基座固定。該校正人工製品所偏置至之靜止位置無需重複地界定(即，藉由該校正人工製品所採用之靜止位置對校正之精度沒有影響)。

該可釋放鎖可以多種方式實施。該可釋放鎖可係一可遠端啟動鎖。舉例而言，其可係一電動或氣動啟動鎖，該鎖可藉由向該裝置發送一適當命令(例如，經由電線或氣動線路)來自動(非手動)鎖定/解鎖。較佳地，該可釋放鎖係手動啟動(即，藉由一操作員/使用者手動致動)。因此，該可釋放鎖方便地包括一手動啟動鎖定部件。該鎖定部件較佳係一鎖桿。或者，該鎖定部件可係一扭鎖部件。

該校正裝置可包括任何合適校正人工製品。因此，該校正人工製品可係具有已知之一或多個尺寸之任何物品(例如，一已知大小之一人工製品)。該校正人工製品可包括一平坦表面。藉由對一經校正(可追蹤)標準之先前量測，可已知該人工製品之一或多個尺寸。舉例而言，該人工製品之一或多個尺寸先前可已在經校正至一相關(國家或國際)校正標準之一坐標量測機器(CMM)上量測。該校正人工製品可包括一環規、一立方體、一圓盤(例如，具有一已知半徑)等。方便地，該校正人工製品包括一球體。該球體可具有一已知半徑。為了簡易性及精度，已知半徑之一球體係較佳的，此係因為可藉由量測該球體之表面上之複數個點之位置來判定球體中心之位置(例如，在x、y、z坐標中)。該校正球體可係一完整球體或一部分球體(例如，其可包含用於附接至一桿之一平坦區域或凹槽)。

該校正人工製品可在工作坐標系統中在一個、兩個或所有三個維度上提供一基準點。舉例而言，一校正球體可提供一三維基準點(例如，球體中心)。一環規可提供一二維基準點(例如，一特定平面中之環之中心點)。一平坦表面可提供一維資料點(例如，包括該表面之平面之位置)。該校正裝置可包含(可移動/可鎖定)校正人工製品及一額外校正人工製品兩者。舉例而言，該裝置可包含一(可移動/可鎖定)平坦表面及不可移動之一額外人工製品(例如，不可移動地附接至該裝置之基座之一環規或球體)。以此方式，工作坐標系統中之一基準點可使用該(可移動/可鎖定)校正人工製品及該額外校正人工製品兩者之特徵在三個維度上界定。

該校正裝置可包含一殼體，該殼體經附接至該基座或形成為該基座之部分。該偏轉機構可部分地或完全地裝納於該殼體內。該偏轉機構可包括一長形桿，該長形桿將該校正人工製品附接至該基座。該校正人工製品可直接地附接至該桿，或進一步組件(例如，斜楔、延伸件等)可將該校正人工製品附接至該桿。因此，可適當地選擇該校正人工製品及其所附接至之桿之定向(例如，容許該校正裝置之垂直及/或水平安裝)。

該基座可以多種方式安裝至該機器。舉例而言，其可用螺栓固定至機床。有利地，該基座可包括一磁性附接裝置以將該基座可釋放地固定至一坐標定位機器之一金屬表面(例如，至一機床之床身)。換言之，可使用一磁性基座，該磁性基座將該裝置可釋放地附接至一金屬表面。此容許該裝置牢固地固持，但輕易地移除。

該校正裝置可經組態以附接至任何坐標定位機器。有利地，該校正裝置經組態以附接至包括一機床之一坐標定位機器。該機床可具有至少三個、至少四個或至少五個運動軸。該機床可具有至少一個旋轉軸。該機床可具有至少兩個旋轉軸。該機床可係一車床、一鏇床或一銑床。該校正裝置可附接至一機床床身，該機床床身可相對於一工具固持轉軸移動。本發明亦延伸至包括該校正裝置之一坐標定位機器。舉例而言，可提供包括該校正裝置之一機床。

根據本發明之一第二態樣，亦提供一種校正一坐標定位機器(例如，一機床)之方法。該方法包括以下步驟：(i)在該坐標定位機器上安裝一經校正工具(例如，一長度量棒或已知長度之工具)及一校正人工製品(例如，一校正球體)；(ii)使用該坐標定位機器移動該校正工具以使其與該校正人工製品接合，使得該校正人工製品從一初始位置移動至一偏轉位置中；及(iii)將該校正人工製品鎖定於該偏轉位置中，使得該校正人工製品在與該校正工具脫離之後維持於該偏轉位置中。

接著，可執行一進一步步驟：(iv)使用該坐標定位機器移動一量測探針以量測該校正人工製品之表面上之複數個點之位置。該量測探針可係一觸覺量測探針，該觸覺量測探針具有用於接觸該人工製品之一尖筆；例如，一接觸式觸發量測探針或一類比(掃描)探針。或者，該量測探針可係一非接觸式量測探針。該量測探針可承載在該機床之一轉軸上。因此，該量測探針可用於量測該校正人工製品之一位置。舉例而言，一校正球體之x-y坐標可使用該量測探針尋找，且與經由使用該校正工具已知之球體中心之z坐標組合使用以將該校正人工製品放置於靜止位置中。

有利地，該校正人工製品包括一球體。接著可使用該球體之中心位置以界定該坐標定位機器之局部坐標系統中之一參考位置。此球體中心(參考)位置可在該機器坐標系統中判定，且用於進一步校正程序。

在一較佳實施例中，在本發明之第二態樣之方法中使用根據本發明之第一態樣之校正裝置。該校正裝置可接著提供該校正人工製品，且該方法之步驟(iii)可包括鎖定該裝置之該可釋放鎖。

本發明之一進一步態樣提供一種用於一坐標定位機器之一校正裝置，其包括：一基座、一校正人工製品及將該校正人工製品附接至該基座之一可鎖定機構，其中該可鎖定機構可採用其中該校正人工製品可藉由一外力之施加而相對於該基座移動之一解鎖狀態及其中該校正人工製品之位置相對於該基座鎖定之鎖定狀態。當處於解鎖狀態時，該校正人工製品可偏置朝向一靜止位置。該校正人工製品可包括具有一已知半徑之一校正球體。可鎖定機構可包括用於在鎖定與解鎖狀態之間改變之一手動致動部件。該基座可包括一磁鐵以容許附接至一機床之床身。

又，本文中描述一種校正裝置。該校正裝置可用於一坐標定位機器。該校正裝置可包括一基座。該校正裝置可包括一校正人工製品。該校正裝置可包括一偏轉機構。該偏轉機構可將該校正人工製品附接至該基座。該偏轉機構可容許該校正人工製品藉由一外力之施加而相對於該基座移動。該裝置可進一步包括一(可釋放)鎖。當鎖定時，該鎖可相對於該基座固定該校正人工製品。該裝置可包含任何上述特徵及/或在任何上述方法中使用。

圖1繪示一多軸機床。機床包括一轉軸2，轉軸2可圍繞通常稱為S軸之軸高速旋轉。轉軸2包括用於接納一切割工具4或其他附件(諸如一量測探針)之錐形柄之一錐形安裝座6；此容許在需要時將工具及附件裝載至轉軸2中。轉軸2可藉由機床沿三個線性軸在空間中移動；此等機械軸通常稱為X、Y及Z軸。提供一工作台10，一工件12安裝於該工作台10上。工作台10可圍繞A軸傾斜，且亦圍繞B軸旋轉。

在切割期間，切割工具4圍繞S軸高速旋轉，且機床控制器遵循切割程式中定義之一系列指令以使工具4相對於工件12沿所要切割路徑移動。切割路徑可包含轉軸沿X、Y及Z軸之平移運動以及繞A及B軸之旋轉運動。為了從工件上移除所需材料，即使在發生圍繞A及B軸之旋轉運動時，仍需要準確知曉工具尖端相對於工件之位置。因此，多年來已開發各種技術及裝置來執行此校正。

如熟習此項技術者所熟知，許多自動機床校正技術涉及使用轉軸安裝之量測探針以對安裝至機床床身之一校正球體(即，已知半徑之一球體)進行各種量測。此等量測通常依賴於高精度地知曉相對於機床之參考位置之一校正球體之中心之位置(例如，x、y、z機床坐標系統之原點)。因此，多年來已開發多種技術來精確地量測球體中心位置。一旦經量測，便可將後續機器上量測(例如，用於校正、工件量測或工具量測目的等)連結於球體中心位置。

參考圖2，將描述容許判定固定地(不可移動地)安裝至機床之床身之一校正球體20之中心位置之先前技術。球體可固定至工件通常所放置之機床內之基座或其他結構。因此，可將球體安裝至機床之工作表面上，該工作表面可包括機床之一或多個旋轉軸。

首先應注意，已知容許以一高精度位準確定一校正球體之XY位置之許多技術。舉例而言，一撥號盤測試指示器(DTI)可安裝至機床之轉軸中且用於在球體之赤道附近「記錄」校正球體20之直徑。此通常藉由起動(即，在手動控制下移動)X及Y位置直至轉軸旋轉時撥號盤指示器不偏轉而完成。當此已達成時，轉軸之XY位置係球體之中心位置。

亦已知，使用安裝於機床之轉軸中之一接觸式觸發器探針量測XY球體中心位置。轉軸旋轉位置(即，圍繞S軸之旋轉角度)經定向為零度，且量測球體中心並記錄球體中心之XY位置。接著使轉軸旋轉180°，且重新量測球體中心之XY位置。使用兩個經量測XY球體中心位置之間之平均值作為中心位置；即，消除透過相對於轉軸之旋轉中心之接觸式探針球形尖筆之偏心安裝之任何錯誤。

儘管上述技術容許找到XY球體中心位置，但對於具有一或多個旋轉軸之機床，其等通常無法以足夠精度確定球體之Z位置。因此，已知用於判定球體之Z位置之許多獨立技術。

最常使用之技術經繪示在圖2中且涉及一所謂的測隙規塊24之使用；此可係已知(例如，經校正)厚度之材料塊或薄片。已知經校正長度之一參考工具22經裝載至機床之轉軸中。移動轉軸使得參考工具22定位於球體20之上死點。一測隙規或規塊24經定位於參考工具22之端部與球體20之間。使用機床之手動「起動」功能，使工具手動向下移動直至規塊24剛好「夾持」於參考工具22與球體20之間。此手動程序需要工程師在量規自由移動時「感覺」，但不存在空隙或間隙。當此達到當前機床位置時，使用工具之長度及經校正球體半徑以計算球體之中心Z位置。

亦已知，使用定製長度設定裝置來設定Z位置。稱為Base-Master之一裝置係由日本Big Daishowa製成且由英國，阿尼克，Metrology Software Products limited供應，其包括一可重複單向指示器。指示器經安裝至機床之轉軸中且定位於固定球體之XY中心上方。機床之起動控制用於使轉軸向下移動直至Base-Master剛好與球體之頂部接觸，此接觸藉由安裝於Base-Master裝置上之一LED指示。接著使用Base-Master之(已知)長度、當前Z位置及球體半徑來計算在Z軸上球體之中心。

如上所述，WO2017/121990描述一種容許以一自動化方式相對於機床之參考位置確定一校正球體之中心之校正裝置。該裝置包含一校正人工製品(例如，一校正球體)，該校正人工製品藉由一相對較高彈簧力偏置至相對於其基座之一已知且可重複之靜止位置。當藉由機床轉軸中所承載之一校正長度量棒(或其他參考工具)對校正球體施加一足夠高之力時，該校正球體從靜止位置移開。在校正裝置內提供一類比感測器以量測偏離靜止位置之量。在長度量棒經移動以使校正球體偏轉時之轉軸(即，其固持長度量棒)之位置之量測與藉由類比感測器對校正球體進行之量測組合。接著使用一外插技術精確地判定校正球體在其處於靜止位置時之位置。在WO2017/121990中更詳細地描述此程序。

儘管WO2017/121990之裝置以一完全自動化之方式提供高精度位置資訊，但裝置本身係複雜的且製造成本可能很高。舉例而言，藉由校正人工製品所採用之靜止位置必須係高度可重複的，且類比量測感測器必須提供準確位置量測。亦需要一單獨電腦來組合來自機床與校正裝置之資料，以確定校正人工製品之靜止位置。此使裝置變得相對昂貴且設定及操作複雜。

本發明源於本發明者認識到，僅在校正人工製品(例如，校正球體)經固定在機床內之一預定義位置之後量測其位置。代替性地，可將校正球體移動至一任意(但已知)位置中；例如，藉由一參考工具(例如，一校正長度量棒)沿z軸移動。只要校正球體在與校正長度量棒脫離之前(即，在該長度量棒縮回時)鎖定於適當位置中(例如，相對於其上安裝校正球體之機床床身固定)，校正球體便可在機床坐標系統內提供一已知參考位置。此無需感測長度量棒與校正球體之間之接觸或量測校正球體偏轉量。因此，提供一種成本及複雜度較低之裝置。現將描述本發明之裝置及其可如何用於校正目的。

圖3a及3b展示本發明之一校正裝置之一第一實施例，其包括一磁性基座30、一偏轉機構32及一校正球體34。

磁性基座30係由日本Misumi Group生產之一市售磁性基座，其容許以大約800 N之一固持力附接至一金屬機床床身。藉由將旋鈕36從「關閉」位置旋轉至「開啟」位置，磁性基座30可牢固地但可釋放地固定至機床床身。如下所述，可使用磁性基座之其他設計或不同類型之附接機構(例如，螺栓、螺釘等)以將裝置牢固地固定至機床。

偏轉機構32包括：一殼體38，其固定至磁性基座30之頂部；及一可移動軸件40，校正球體34間接附接至該可移動軸件40。校正球體34經附接至一進一步軸件42，軸件42繼而經由一45度楔形元件44附接至可移動軸件40。此等配置容許從不同方向量測校正球體，藉此容許將校正裝置安裝至一水平、垂直或傾斜表面。可以各種不同方式將校正球體34附接至可移動軸件40。在此實例中，可移動軸件40可在藉由箭頭41所指示之方向(即，平行於可移動軸件40之縱軸)上來回平移。

校正裝置進一步包含裝納於殼體38內之一鎖；下文將參考圖4更詳細地描述此鎖之結構及操作。操作員可藉由移動鎖桿46手動啟動之鎖鎖定可移動軸件40相對於殼體38之位置。因此，當處於鎖定狀態時，鎖相對於殼體38固定可移動軸件40。在圖3b中展示鎖定狀態。然而，當鎖處於解鎖狀態時，可移動軸件40仍可來回平移(即，沿著所指示方向41)。在圖3a中展示解鎖狀態。如下所述，在殼體內亦提供一彈簧(圖中未展示)以當處於解鎖狀態時使可移動軸件40偏離殼體38 (即，當裝置處於圖3a中所展示之定向時，軸件藉由彈簧向上偏置)。

因此，校正裝置可採用其中校正球體相對於磁性基座30具有一固定位置之一鎖定狀態(即，一鎖定構形)，及其中校正人工製品相對於殼體不能移動(即，固定)之一解鎖狀態(即，一解鎖構形)。重要的是應注意當可移動軸件已移動至相對於殼體之任何位置中時(即，在解鎖狀態中此移動係可行的)，可啟動(即，鎖定)鎖。如下所解釋，此容許校正球體移動至一位置中且接著鎖定於該位置中以用於後續量測。當裝置鎖定時，防止校正球體相對於基座之移動。

圖4展示圖3a及圖3b中所繪示之校正裝置之內部偏轉機構及鎖之進一步細節。因此，相似特徵被指派相似元件符號。

如上所解釋，校正裝置包括一可移動軸件40；此在圖4中經展示而併入至殼體32中且作為一單獨物品。可移動軸件40大體上係圓柱形，但包含沿其長度之一中心部分伸長之一v形凹槽60。可移動軸件40之一第一端部62包含一螺紋鑽孔，固持校正球體34之楔形元件44附接至該螺紋孔。可移動軸件40之一第二端部64包含具有用於接納一螺旋彈簧66之一孔徑之一加寬部分。當組裝於裝置內時，可移動軸件40之第二端部64與螺旋彈簧66接合，藉此使可移動軸件40向上偏置(即，在圖4中展示之定向時向上)。

鎖藉由包括一球70之一鎖機構提供，球70接合保持於殼體內之一狹槽內之一可滑動嵌件72之第一端部。特定而言，球70藉由保持於嵌件72內之多個盤簧74而經按壓與可移動軸件40之v形凹槽60接觸。可滑動嵌件72之第二端部接合一凸輪軸件76。凸輪軸件76大體上係一長形圓柱體，但具有用於接合可滑動嵌件72之第二端部之一平坦區域78 (即，具有減小之直徑)。在凸輪軸件76中亦提供一螺紋孔洞80以容許徑向突出之鎖桿46附接至其。圖4展示在安裝於裝置內且作為一個別組件時之凸輪軸件76。

鎖桿46之移動(例如，上文在圖3a及圖3b中所展示之位置之間)使凸輪軸件76旋轉，藉此使可滑動嵌件相對於可移動軸件40徑向地移動。因此，鎖桿46之移動使凸輪軸件76旋轉，藉此增大或減小經由球70施加至可移動軸件40之固持力。配置經組態使得鎖桿46可在鎖定與解鎖狀態之間移動。在解鎖狀態中，球70僅以一輕力推入至可移動軸件40中，藉此容許可移動軸件40在殼體之通道內來回平移。在解鎖狀態中且在不存在所施加外力之情況下，藉由螺旋彈簧66(向上)推動可移動軸件40，藉此從殼體32完全延伸。應注意，在解鎖狀態中，球70仍定位於可移動軸件40之v形凹槽60內，藉此限制可移動軸件之軸向移動範圍(即，防止彈簧將可移動軸件40推出殼體)。選擇螺旋彈簧66之彈簧力以容許可移動軸件40在舉例而言藉由固持於一機床轉軸中之一參考工具(例如，一校正長度量棒)接合時軸向偏轉。在鎖定狀態中，以足夠力促使球70與可移動軸件40接合，以相對於殼體32固定該軸件40。從解鎖狀態移動至鎖定狀態因此將校正球體鎖定(固定)於其當前位置(例如，其可係校正球體已藉由一外力之施加而偏轉至之一位置)中。

參考圖5及圖6，將描述包含不同鎖定機構之上述校正裝置之一變體。

圖5展示校正裝置，與上述裝置類似，該校正裝置包括一磁性基座130，一殼體132經附接至該磁性基座130。一校正球體134亦附接至一可移動軸件140。亦提供包含一鎖環146之一鎖。當鎖環146經旋轉而處於一解鎖狀態時，可移動軸件140可相對於殼體132軸向移動。然而，當鎖環146經旋轉而處於一鎖定構形時，可移動軸件140(及因此校正球體134)相對於磁性基座134固定。殼體132及鎖環146上之標記可指示鎖是否鎖定或解鎖。因此，圖5之裝置提供與上文參考圖3a、圖3b及圖4描述之裝置相同之功能，但包含實施鎖之一不同機構。

參考圖6，展示參考圖5所描述之校正裝置之鎖定機構之進一步細節。共同於圖3a、圖3b及圖4之配置，可移動軸件140包含一凹槽，一球170藉由一嵌件172壓入該凹槽中。然而，藉由一可旋轉圓盤180促使嵌件172朝向可移動軸件140，該可旋轉圓盤180與形成於鎖環146中之一內表面凹槽182滾動接合。鎖環146之凹槽182之半徑改變，使得該環之旋轉引起可旋轉圓盤180將嵌件移動朝向或遠離可移動軸件140以藉此經由球170施加一不同量之力。特定而言，配置經組態以提供其中可移動軸件140相對於殼體132固定之一鎖定狀態及其中可移動軸件140可來回移動之一解鎖狀態。亦提供一彈簧(未展示)以在處於解鎖狀態時促使可移動軸件140之遠端遠離殼體。

接下來參考圖7a至圖7c，將描述本發明之一校正裝置可如何用於機床校正之一實例。

圖7a示意性地繪示具有一基座202之一校正裝置200，基座202牢固地固定(例如，藉由一磁鐵或螺栓等)至一機床之床身204。校正裝置200包括藉由一長形軸件208附接至基座202之一校正球體206。裝置包含一鎖定機構，該鎖定機構可放置於容許軸件相對於基座202在z方向上移動之一解鎖狀態及其中校正球體206相對於殼體202固定之一鎖定狀態中。在解鎖狀態中，長形軸件208在正z方向上偏置至所繪示之靜止位置。一手動致動器210容許一使用者根據需要在鎖定(L)及解鎖(U)狀態之間改變裝置。

在圖7a中，亦繪示當其在負z方向上朝向校正球體206移動時固持於機床轉軸(未展示)中之一校正長度量棒212。長度量棒212之端部之位置在機器坐標系統中係精確已知的(即，因為根據定義其相對於轉軸之一參考點具有一已知長度)。

圖7b展示校正長度量棒212已與校正球體206接觸之後之相同配置。藉由控制機床(例如，使用一起動輪)手動執行接觸之方法，以便使長度量棒212之端部與校正球體206接合。在長度量棒212與校正球體206之間接合之後，相對運動持續一短距離，藉此使校正球體206偏轉(移動)至圖7b中展示之偏轉位置中。在機器運動停止之後，一使用者可打開機床外殼且使用致動器210將校正裝置手動切換至鎖定狀態。接著在機器坐標系統中已知z軸上校正球體(其具有一已知半徑)之中心之位置(即，因為校正長度量棒之端部之對應位置係已知的)。

如圖7c中所展示，校正長度量棒212可從校正球體206取出，但球體206之位置不會移動任何顯著距離(即，因為校正裝置現經鎖定)。接著可將一轉軸探針218裝載至機床探針之轉軸中，且以一已知方式使用以精確地確定球體中心在x-y平面中之位置。接著，校正裝置提供具有在機床(x, y, z)坐標系統內高精度位準地已知之一位置一校正球體。接著，球體中心可充當一機器基準點，所有後續探針量測(例如，用於校正程序等)皆基於該機器基準點。

參考圖8，繪示本發明之一替代校正裝置300。該裝置包含可附接至一機床之床身之一基座302。一校正平板306(即，具有一平坦表面之一校正人工製品)經由一可鎖定偏轉機構附接至基座302。根據上文實例，一校正長度量棒312可使校正平板306偏轉，且校正平板306可接著使用一手動致動器310鎖定於適當位置中。因此，在z軸上已知校正平板306之位置(即，其界定一z軸基準位置)。可使用不可移動地附接至基座之一額外校正球體320(注意，此可替代性地固定於機床之別處)來提供在x軸及y軸上之一參考位置。以此方式，可在坐標系統中之三個維度中界定一基準位置。

上述實施例僅係本發明之實例。亦可使用替代鎖定機構、校正人工製品、殼體、基座等來實施本發明。上述多軸機床係一多軸銑床，但該技術可搭配任何類型之機床 (例如車床、銑床等)使用。類似地，該裝置可用於除機床以外之坐標定位機器(例如，專用坐標量測機器或機器人)上，且用於實施廣泛範圍之量測及/或校正程序。

2:轉軸 4:切割工具 6:錐形安裝座 10:工作台 12:工件 20:校正球體 22:參考工具 24:規塊 30:基座 32:偏轉機構 34:校正殼體 36:旋鈕 38:殼體 40:可移動軸件 41:箭頭 42:軸件 44:楔形元件 46:鎖桿 60:v形凹槽 62:第一端部 64:第二端部 66:螺旋彈簧 70:球 72:可滑動嵌件 74:盤簧 76:凸輪軸件 78:平坦區域 80:螺紋孔洞 130:磁性基座 132:殼體 134:校正球體 140:可移動軸件 146:鎖環 170:球 172:嵌件 180:可旋轉圓盤 182:內表面凹槽 200:校正裝置 202:基座 204:床身 206:校正球體 208:長形軸件 210:手動致動器 212:校正長度量棒 218:轉軸探針 300:替代校正裝置 302:基座 306:校正平板 310:手動致動器 312:校正長度量棒 320:額外校正球體

現將僅藉由實例參考隨附圖式描述本發明，其中：

圖1展示一多軸機床，

圖2展示使用一校正球體之一先前技術校正技術，

圖3a及3b展示本發明之一校正裝置，其包括分別處於一解鎖及鎖定狀態之一鎖桿，

圖4更詳細地展示圖3a及3b之裝置之各種內部零件，

圖5展示本發明之一進一步校正裝置，其包括一扭鎖機構，

圖6更詳細地展示圖5之裝置之各種內部零件，

圖7a-7c繪示可如何使用校正裝置來輔助一機床之校正，及

圖8展示校正裝置之一替代實施例。

30:磁性基座

32:偏轉機構

34:校正球體

36:旋鈕

38:殼體

40:可移動軸件

41:箭頭

42:軸件

44:楔形元件

46:鎖桿

Claims (20)

1. 一種用於一坐標定位機器之校正裝置，其包括； 一基座， 一校正人工製品，及 一偏轉機構，其將該校正人工製品附接至該基座且容許藉由一外力之施加而使該校正人工製品相對於該基座移動， 其特徵在於，該裝置進一步包括一可釋放鎖，該可釋放鎖在鎖定時相對於該基座固定該校正人工製品。
2. 如請求項1之校正裝置，其中該偏轉機構包含一導件，當該可釋放鎖解鎖時，該導件導引該校正人工製品沿一線性軸線性地來回移動。
3. 如請求項1之校正裝置，其中該校正人工製品位於該線性軸上。
4. 如任何前述請求項之校正裝置，其中該偏轉機構包括一偏置件以使該校正人工製品朝向一靜止位置偏置。
5. 如請求項1至3中任一項之校正裝置，其中該可釋放鎖包括一手動啟動鎖定部件。
6. 如請求項5之校正裝置，其中該手動啟動鎖定部件包括一鎖桿或一扭鎖部件。
7. 如請求項1至3中任一項之校正裝置，其中該鎖包括一可遠端啟動鎖。
8. 如請求項1至3中任一項之校正裝置，其中該校正人工製品包括一校正球體。
9. 如請求項1至3中任一項之校正裝置，其中該偏轉機構包括將該校正人工製品附接至該基座之一長形桿。
10. 如請求項1至3中任一項之校正裝置，其中該基座包括一磁性附接裝置以將該基座可釋放地固定至一坐標定位機器之一金屬表面。
11. 如請求項1至3中任一項之校正裝置，其經組態以附接至包括一機床之一坐標定位機器。
12. 一種機床，其包括一如任何前述請求項之校正裝置。
13. 一種校正一坐標定位機器之方法，該方法包括以下步驟； (i)在該坐標定位機器上安裝一校正工具及一校正人工製品， (ii)使用該坐標定位機器移動該校正工具以使其與該校正人工製品接合，使得該校正人工製品從一初始位置移動至一偏轉位置中，及 (iii)在與該校正工具脫離之後將該校正人工製品鎖定於該偏轉位置中使得該校正人工製品維持於該偏轉位置中。
14. 如請求項13之方法，其包括步驟(iv)使用該坐標定位機器移動一量測探針以量測該校正人工製品之表面上之複數個點之位置。
15. 如請求項13或14之方法，其中該校正人工製品包括一球體且使用該球體之中心位置以在該坐標定位機器之局部坐標系統中界定一參考位置。
16. 如請求項13或14之方法，其中一如請求項1至12中任一項之校正裝置提供該校正人工製品，且步驟(iii)包括鎖定該裝置之該可釋放鎖。
17. 一種用於一坐標定位機器之校正裝置，其包括 一基座， 一校正人工製品，及 一可鎖定機構，其將該校正人工製品附接至該基座，其中該可鎖定機構可採用其中該校正人工製品可藉由一外力之施加而相對於該基座移動之一解鎖狀態，及其中該校正人工製品之位置相對於該基座鎖定之一鎖定狀態。
18. 如請求項17之校正裝置，其中當處於該解鎖狀態時，該校正人工製品朝向一靜止位置偏置。
19. 如請求項17之校正裝置，其中該校正人工製品係具有一已知半徑之一校正球體。
20. 如請求項17之校正裝置，其中該可鎖定機構包括用於在該鎖定與該解鎖狀態之間改變之一手動啟動部件。

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