TW202407287A - 用於檢驗三軸機具幾何偏差之測量體、三軸機具以及補償三軸機具幾何偏差之方法 - Google Patents

Abstract

本發明有關於一種用於檢驗三軸機具(1)中的幾何偏差的測量體，包括基板(20)、第一壁(10)、第二壁(20)，第一壁(10)設置在基板(8)上且從基板垂直地突出，第二壁(20)設於基板(8)上且從基板(8)垂直地突出，其中第一排孔(101)以及第二排孔(102)形成於基板(8)中，其中第一壁(10)為階梯狀三角形且在上部暴露區域(11)具有階梯狀三角形區域(12)，階梯狀三角形區域(12)具有複數個階梯(13)，其中第二壁(20)為方形壁且在上部暴露區域(21)具有第一排壁孔(22)，上部暴露區域(21)平行於基板(8)延伸，且其中第一排孔(101)平行於階梯狀三角形區域(12)設置，且階梯狀三角形區域(12)在上部暴露區域(11)具有複數個階梯(13)，暴露區域(21)平行於基板(8)、第一排壁孔(22)，其中第一排孔(101)平行於成排的台階孔(14)設置，且第二排孔(102)平行於第一排壁孔(22)設置。

Description

用於檢驗三軸機具幾何偏差之測量體、三軸機具以及補償三軸機具幾何偏差之方法

本發明是關於一種用於檢驗三軸機具的幾何偏差的測量體、一種具有提高的幾何精度的三軸機具以及一種檢驗以及補償三軸機具的幾何偏差的方法。

機具的幾何精度一直是機具領域的一個眾所周知的問題。機具的幾何精度是由工具相對於工件的實際位置以及方位與標稱(nominal)位置以及方位的相對偏差來判定的。因此，此誤差是偏離理想工件幾何形狀(geometry)且進而影響機具的工作精度的原因。為了提高幾何精度，一般考慮單軸偏差以及單軸彼此的位置以及方位。

假設一剛體模型(rigid body model)，一三軸機具有三個線性偏差(一次在軸向方向上、兩次垂直於軸向方向)以及三個旋轉偏差(偏擺(yaw)、俯仰(pitch)以及翻滾(roll))。因此，每一個線性軸有六個偏差，導致三個線性軸有18個偏差。此外，還必須考慮線性軸相互之間的三個垂直度偏差。因此，一台三軸機具總共有二十一種可能的幾何誤差。個別偏差(individual deviations)可能會重疊，然後實際上會導致較大的總誤差，這會以不希望的方式影響機具的幾何精度。

本發明的目的在於提供一種用於檢驗三軸機具的幾何偏差的測量體、一種三軸機具以及一種檢驗和補償三軸機具的幾何偏差的方法，其中測量體以及三軸機具設計成盡可能地簡單以及便宜，且此方法可盡可能地便宜以及快速地實施。

此目的將藉由具有請求項1的特徵的測量體、具有請求項10的特徵的三軸機具以及具有請求項12的特徵的方法來實現。本發明的較佳的進一步實施例將在分別的附屬項中顯示。

另一方面，如本發明的具有請求項1的特徵的用於檢驗三軸機具的幾何偏差的測量體具有以下優點，即可使用測量體來補償三軸機具的幾何偏差，以使三軸機具無線性偏差、無旋轉偏差以及無垂直度偏差。這代表可使用三軸機具以最高精密度(precision)加工工件。基於測量體判定的校正數據可直接用於三軸機具的誤差補償。此測量體特別適用於超精密(ultra-precision)加工的機具。此外，此測量體還特別適用於檢驗、校正以及長期評估機具，因此可在其整個使用壽命期間用於超精密加工。

根據本發明，這將藉由具有基板、第一壁以及第二壁的測量體來實現。第一壁設置在基板上，其具體為四邊形，且從基板垂直地突出。第一壁是階梯狀三角形(stepped triangle)且在上部暴露區域具有階梯狀區域，階梯狀區域具有複數個階梯。第二壁進一步為四邊形且也設置成從基板垂直地突出，且設置成垂直於第一壁。此外，基板中形成有第一排孔以及第二排孔。因此，第一壁形成為在背向基板的一側具有複數個階梯的階梯形狀。第二壁是方形壁，特別是矩形壁，且具有平行於基板的上部暴露區域，第一排壁孔形成在此區域中。

第一壁的階梯區域因此位於第一壁的上部暴露區域。因此，第一壁的上部暴露區域形成台階，在台階處可在Z方向檢測到不同位置，基板在X方向以及Y方向跨越(spanning)底平面。由於第一壁的上部暴露階梯區域，第一壁具有實質上為三角形的形狀。

最佳地，階梯式第一壁具有一排台階孔，具有一孔形成於每一個階梯中。這使得除了判定Z方向的位置之外，還可檢測不同高度處的X方向以及Y方向的位置。

更較佳地，測量體更包括第三壁，第三壁設置在基板上且垂直於第二壁定位。與第二壁相似，第三壁為方形壁，具有平行於基板的上部暴露區域且具有第二排壁孔。因此，第三壁平行於第一壁而定位在基板上。此外，第一排壁孔以及第二排壁孔列因此設置成彼此垂直。第一壁、第二壁以及第三壁因此形成U形形狀設置。

更較佳地，測量體包括第三排孔，第三排孔在基板上，第三排孔與第三壁的第二排壁孔平行。

較佳地，基板的頂部上的第一排孔、第二排孔以及第三排孔均沿著基板的邊緣延伸，其的形狀較佳為四邊形。因此，較佳地，第一排孔平行於基板的第一邊緣，第二排孔平行於基板的第二邊緣且第三排孔平行於基板的第三邊緣。

最佳地，第一排孔平行於第一壁以及/或第二排孔平行於第二壁以及/或第三排孔平行於第三壁。這使得偏擺誤差以及俯仰誤差以及特別是翻滾誤差能夠被測量體檢測到。

第一排孔、第二排孔以及第三排孔最佳地具有相同數量的孔、相同的孔間距以及相同的孔直徑。

根據本發明的另一較佳實施例，第一壁、第二壁以及第三壁各自與第一邊緣、第二邊緣以及第三邊緣具有預定距離。

更較佳地，階梯狀三角形的階梯的平行於基板的階梯表面被研磨(ground)或以其他方式精加工以提供高度的平坦度(high degree of flatness)。較佳地，第二壁以及/或第三壁的上部暴露區域也被研磨或精加工以提供高度的平坦度。這可顯著提高使用測量體時的測量精度。

更較佳地，基板中形成有第一排孔以及/或第二排孔以及/或第三排孔的區域以及/或與排孔相鄰的區域設置為地面區域(ground regions)。

更較佳地，測量體包括位於基板下側的加強元件以提高測量體的穩定性。較佳地，加強元件是具有兩個條帶(strips)的交叉條，其中在每一種情況下一個條帶在基板的下側連接基板的兩個相對角落。加強元件還較佳地用來將測量體夾持在機具中。

更較佳地，第一排孔、第二排孔以及第三排孔設置在基板中，使得在方形基板的情況下，用於測量操作的孔形成在基板的每一個角落區域。

基板較佳是正方形的，特別是方形的。更較佳地，基板中的每一排孔以及成排的台階孔以及第一排壁孔以及第二排壁孔中的每一個各自具有至少一個參考孔。每一個參考孔周圍的區域較佳地是地面(ground)，以使地表面(ground surface)在每一種情況下用作用於判定Z座標的參考元件。每一個參考孔的中心點可用作X座標以及Y座標的參考元件。

更較佳地，第一排孔、第二排孔以及第三排孔的孔排列在一條直線上。

測量體較佳由銦鋼(Invar)製成。銦鋼具有非常低的熱膨脹係數，因此特別適合用於製造測量體。更較佳地，第一壁、第二壁以及第三壁的厚度與基板的厚度相同。

此外，本發明有關於一種三軸機具，包括工具主軸、測量裝置以及控制單元，測量裝置特別是三維測量探針，其可夾持到工具主軸中，控制單元用於控制三軸機具。此外，三軸機具包括根據本發明的測量體，其中控制單元配置以基於測量體的先前判定的幾何標稱尺寸與由三軸機具中的測量裝置判定的測量體的幾何實際尺寸的標稱/實際比較來執行三軸機具的幾何數據的校正。因此，控制單元具有記憶體，其中儲存在測量機中的先前步驟中判定的測量體的幾何標稱尺寸。為了判定三軸機具中測量體的實際幾何尺寸，控制單元較佳地啟動用於測量測量體的數值控制(numerical control, NC)程式以判定測量體的實際值。因此，藉由標稱值與實際值的比較，可對三軸機具的幾何數據進行校正，從而顯著提高三軸機具加工工件的精度。因此，可以簡單的方式實現三軸機具的幾何誤差補償。標稱值較佳地儲存在記憶體中。

此外，本發明有關於一種用於檢驗以及補償三軸機具的幾何偏差的方法，此方法包括以下步驟： 將測量裝置特別是三維測量探針夾持在三軸機具的主軸中； 將根據本發明的測量體設置在三軸機具的工作區中，特別是藉由夾持到加強構件； 移動到測量體的複數個不同位置，以收集測量體的幾何實際數據； 在獲取的實際數據以及測量體的預定標稱數據之間執行標稱/實際比較，以判定幾何偏差，特別是線性以及旋轉偏差以及垂直度偏差；以及 在三軸機具的控制單元中補償三軸機具的幾何偏差，以提高三軸機具的工作精度。

根據本發明的處理可以相對快速以及安全的方式執行。詳而言之，根據本發明的方法還可在將三軸機具交付給客戶之後的短時間內執行，以使那裡的普遍(prevailing)條件特別是客戶現場的溫度條件不再對三軸機具在運行中的幾何精度產生不利影響。

當然，如果需要，也可在三軸機具的製造商執行此方法以優化三軸機具的製造商現場的製造過程。

較佳地，測量體的標稱值預先在座標測量機中判定，然後將測量體設置在三軸機具的工作區中，使得測量體的座標系統與三軸機具的座標系統重合。

更較佳地，當在三軸機具中測量測量體時，檢測工作空間的溫度，且將基於工作區的檢測溫度來執行實際數據的校正。這進一步提高了幾何偏差的補償精度。

根據本發明的方法較佳地用於三軸機具的檢驗、校正以及長期評估。根據本發明的方法較佳地判定二十一種可能的幾何誤差： 一個相應的位置偏差(每一個軸的平移運動(由於有三個軸所以有三個可能的誤差))； 每一個軸有兩個直線度偏差(橫向(transverse)於軸方向的平移運動)，即總共有六個可能的幾何誤差； 以及三個旋轉偏差：三個軸中的每一個的偏擺、俯仰、翻滾(即九個幾何偏差)； 線性軸X、Y、Z相互之間的三個垂直度偏差(XY垂直度偏差、XZ垂直度偏差、YZ垂直度偏差)。

應當注意的是，依據三軸機具的設計以及運動學(kinematics)，個別誤差可忽略不計。較佳地，藉由Y定位誤差、Y軸在X方向的直線度誤差以及Y軸與X軸之間的垂直度誤差來校正Y軸的俯仰誤差。在此，前提是主軸到機具的工作台的X軸距離是定值(constant)。更較佳地，由於工具在Z軸旋轉，因此忽略Z軸的翻滾誤差。更較佳地，如果工具長度是定值，則可忽略Z軸的俯仰誤差以及Z軸的偏擺誤差。這兩個誤差都可使用Z軸的直線度誤差以及垂直度誤差來校正。因此，可藉由執行這些措施來縮短測量工作量。

以下參照第1圖至第6圖詳細描述一種三軸機具1以及用於檢驗三軸機具的幾何偏差的測量體2。

此外，還將參考第1圖至第6圖描述一種用於檢驗以及補償三軸機具的幾何偏差的方法。

從第1圖以及第5圖可看出，三軸機具1包括工作區3、主軸4以及控制單元9。

從第1圖中可看出，測量體2設置在三軸機具1的機台6上。

測量體2的細節如第1圖、第2圖以及第3圖中所顯示。測量體2配置以檢驗三軸機具的幾何偏差，其中所有的線性、旋轉以及垂直度誤差共二十一個誤差可在測量體的一個安裝座(mount)中判定。詳而言之，測量體2可用於非常精確地判定用於定位三軸機具1的工具的座標。

測量體2包括平面基板8，其在X方向以及Y方向上跨越底平面。進一步地，測量體2包括第一壁10、第二壁20以及第三壁30。第一壁10、第二壁20以及第三壁30設置在基板8上，且垂直地從基板8突出，且形成U形形狀。

如第2圖中所顯示，Z方向垂直於X方向且垂直於Y方向。

如第2圖中所顯示，第一壁10、第二壁20以及第三壁30設置在基板8的基部表面上。

基板8呈正方形，包括第一邊緣81、第二邊緣82、第三邊緣83以及第四邊緣84。

第一壁10、第二壁20以及第三壁30的幾何形狀不同，特別是從第1圖以及第2圖中可看出。在這方面，第一壁10是階梯狀三角形，具有上部暴露區域11，階梯區域12形成於上部暴露區域11。階梯區域12具有複數個階梯13。

孔15形成在每一個階梯13中。孔15形成一排台階孔14。在此示例實施例中，形成為第一壁10的階梯狀三角形由此具有七個階梯。

第二壁20為矩形壁，也具有上部暴露區域21。第一排壁孔22具有複數個孔23，複數個孔23形成在上部暴露區域21中。

第三壁30也是矩形壁且具有上部暴露區域31。在上部暴露區域31中，第二排壁孔32形成有複數個孔33。

尤其從第2圖可看出，第二壁20的大小小於第三壁30的大小。

第二壁20的孔23位於一條直線上。相似地，第三壁30的孔33位於一條直線上。第二壁以及第三壁的孔設置成使得由孔23以及孔33形成的直線以直角相交。

尤其從第2圖可看出，第一壁10設置成與第二壁20成直角。第二壁20也設置成與第三壁30成直角。因此，第一壁10與第三壁30彼此平行。

此外，第一壁10、第二壁20以及第三壁30以與基板8相應的第一邊緣81、第二邊緣82、第三邊緣83相距一定距離地沿著其的縱向側設置。只有第三壁30的一個端部延伸到第四邊緣84(見第2圖)。

為了減輕重量，基板8具有較大的中央開口以及多個縱向開口(無參考符號)。

加強元件7設置在基板8的底側，加強元件7具有第一壁架71以及第二壁架72。兩個條帶71、72設置成交叉形狀且加固(stiffen)基板8，且因此加固測量體。加強元件7還使得測量體2能夠以簡單的方式夾持在機台6上。這特別是防止了由於夾持過程而將不期望的應力引入基板或第一壁10、第二壁20以及第三壁30，不期望的應力引入基板或第一壁10、第二壁20以及第三壁30可能導致測量結果錯誤。

此外，測量體2包括在上側基板上的第一排孔101、第二排孔102以及第三排孔103。第一排孔101包括複數個孔101a，複數個孔101a排列在第一直線111上。第一直線111平行於第一邊緣81。第二排孔102包括複數個孔102a，複數個孔102a排列在第二直線112上。第二排孔102平行於第二邊緣82。第三排孔103包括複數個孔103a，複數個孔103a排列在第三直線113上。第三排孔103平行於第三邊緣83(參見第3圖)。為清楚起見，第3圖中不是所有第一排孔、第二排孔以及第三排孔中的孔都有給出參考符號。

從第3圖可進一步看出，第一排孔101平行於成排的台階孔14。第二排孔102平行於第二壁20的第一排壁孔22。第三排孔103平行於第二排壁孔32。

第一排孔、第二排孔以及第三排孔中的孔的數量、幾何尺寸、特別是孔間距較佳地相同。

應當注意的是，例如，可提供與三排孔平行的條形地面參考面(未顯示於第3圖中)。

此外，第一排孔101、第二排孔102以及第三排孔103被設置為使得在基板8的每一個角落中都設置有孔。

更較佳地，基板8的厚度也與第一壁10、第二壁20、第三壁30的壁厚相同。

測量體2固定在三軸機具1的機台6上。此外，主軸4中設置有三維測量探針，用於藉由測量體2執行三軸機具實際座標的判定。

三軸機具1更包括控制單元9，配置以控制三軸機具。控制單元9更配置以基於測量體2的幾何尺寸的標稱/實際比較來執行三軸機具1的幾何數據的校正。

如上所述，三軸機具包括三個線性軸，即X方向的第一軸、Y方向的第二軸以及Z方向的第三軸。

總共三個線性軸導致二十一個偏差，其中三個是線性軸彼此的垂直度偏差。因此，三軸機具總共有二十一個誤差參數。

使用根據本發明的方法，可對如第4圖中所顯示的三軸機具(高架機(gantry machine))的所有直線度偏差、旋轉偏差以及垂直度偏差執行檢驗以及校正。

為此，首先藉由未顯示的座標測量機測量測量體2以產生標稱值。然後將這些標稱值供應至三軸機具1的控制單元9且儲存在記憶體中。為了測量測量體2，建立座標系統使得XY平面平行於基板8。較佳地由銦鋼製成的測量體2的幾何形狀基於重複判定的測量體2的各個參考元件的Z位置、X位置以及Y位置來判定。同時，測量體2的座標系統的零點也被判定。地面階梯表面或地面參考面Z位置第一排孔101、第二排孔102、第三排孔103中的孔以及階梯13中的孔15以及上部暴露區域11、21中的孔23、33作為X位置以及Y位置的參考元件。

此時將測量體2放置在三軸機具的工作區3中的機台6上，以測量三軸機具的幾何偏差。在此過程中，測量體2可被夾持或以其他方式固定在機台上。在這種情況下，測量體的XYZ座標系統基本上應與三軸機具的XYZ座標系平行對齊。然後，三軸機具1中的測量體2的測量將使用三維測量裝置5(例如，三維測量探針)來執行。一般來說，現代三軸機具具有這樣的三維測量探針，例如，用以檢測部件位置以及部件幾何形狀。

在測量之前，三軸機具的座標系統因此與先前測量測量體2的座標測量機的座標系統相同對齊。

在將測量體2固定在三軸機具的工作區3中之後，控制單元9可較佳地運行全自動數值控制程式以使用三維測量探針5測量測量體2從而判定三軸機具1的實際值。

較佳地，當測量三軸機具1的工作區中的測量體2時，測量且儲存三軸機具1的工作區3的溫度。如果工作區的此溫度不同於參考溫度(例如，20°C)，則在工件加工期間必須考慮要在三軸機具上加工的工件的熱膨脹係數。此時必須相應地校正三軸機具的實際值。

在三軸機具1中的測量體2的測量完成之後(必要時對實際值進行熱調整)，判定三軸機具的實際值，且可將其與測量體的標稱值進行比較。藉由比較標稱值/實際值，可計算出三軸機具的位置偏差、直線度偏差以及垂直度偏差等幾何偏差，從而進行檢驗以及校正。第3圖在測量體2的俯視圖中顯示直線度偏差G、垂直度偏差R(角度α)以及位置偏差P的示例。

例如，X軸位置偏差可首先藉由評估被測參考元件在基板8上沿著X軸在X方向上的實際位置以及標稱位置的差(differences)來判定。由於測量體2的零點以及參考元件相對於零點的位置是已知的，因此可將判定的差分配(assigned)至三軸機具的X軸位置。這導致三軸機具的X軸位置以及這些X軸位置在X方向上的位置偏差的表(table)。這些位置偏差因此可被儲存且直接用作用於控制單元9中的三軸機具的誤差補償的校正數據。

或者，也可對偏差進行數學上的預先處理。例如，偏差也可用各種數學函數來近似。特別是在具有很少參考元件的小量規(gauges)的情況下，例如，可想到用直線(補償線)來近似差。在這種情況下，僅校正尺度(scaling)誤差。

由於測量體2僅覆蓋三軸機具的工作區3的一部分，所以較佳地藉由對應的數學函數來推估(extrapolated)所獲取的實際值。藉由這種方式，獲得了三軸機具1的整個工作區3的偏差。

X軸的直線度偏差G以相同的方式判定。在此，Y方向以及Z方向的位置偏差P分別被分配給X軸位置。Y方向上的實際位置以及標稱位置之間的差是由第一排孔101、第二排孔102、第三排孔103的孔以及第一壁10、第二壁20以及第三壁30上的參考孔的判定中心引起的。Z方向上的實際位置以及標稱位置之間的差例如由基板8上的參考面28、參考面29以及階梯13的地表面引起。在此，數學上的預先處理或近似也是可能的。

一旦計算出X軸的位置偏差以及直線度偏差的校正數據，就使用X軸位置偏差、X軸在Y方向的直線度偏差以及X軸在Z方向的直線度偏差的校正數據來調整參考元件的實際位置的所有測量數據以進行進一步評估。此時，較佳地假設調整後的實際位置在X方向上不再有任何誤差。這允許忽略X方向上的誤差。

在下一步中，可計算X軸以及Y軸之間的垂直度誤差R。為此計算兩條補償線。第一補償線由參考元件在基板8上沿著X方向的X軸位置以及其在Y方向的位置偏差產生。第二補償線由參考元件在基板8上沿著Y方向的Y軸位置以及其在X方向上的位置偏差產生。然後，計算兩條補償線之間的角度α(見第3圖)。所判定的偏差可直接用作控制單元9中的誤差補償的校正值。

隨後，測量數據中所有參考元件的實際位置基於垂直度誤差根據其Y位置進行調整，使得測量數據不再包括XY垂直度誤差。

然後，以與X軸相同的方式計算Y軸的位置偏差以及直線度偏差。為此，評估基板8上沿著Y軸的參考位置的實際位置以及標稱位置的差(見第3圖)。這與零點一起產生了三軸機具的Y軸位置以及在這些Y軸位置處的X方向、Y方向以及Z方向的位置偏差的一表格。此數據可針對X軸進一步處理或直接傳送到控制單元9作為用於三軸機具的誤差補償的校正數據。同樣地，應以適當的數學函數推估補償數據，以界定整個工作區3。

隨後，使用位置偏差以及Y軸的兩個直線度偏差的校正數據調整參考元件的所有實際位置以進行進一步評估。此時，較佳地假設調整後的實際位置在Y方向上不再有任何誤差。這允許忽略Y方向上的誤差。在第4圖、第5圖以及第6圖中， X軸的俯仰誤差的判定(第4圖)以及X軸的翻滾誤差的判定(第5圖)以及X軸的偏擺誤差的判定(第6圖)以示例顯示。

為了能夠判定X軸的偏擺誤差(第6圖)，幾何特徵必須存在於X方向，其X位置可用探針檢測到。為了獨立於其他誤差來判定誤差，特徵的Y位置以及Z位置必須相同。此外，為了能夠測量X偏擺誤差的影響，必須在與第一X特徵系列不同的Y位置進行測量。此外，必須知道到第一X特徵系列的Y距離d(參見第6圖)。

在下一步中，計算X軸的俯仰誤差。為了判定X軸的俯仰誤差(第4圖)，幾何特徵必須存在於X方向，其X位置可用探針檢測到。為了獨立於其他誤差來判定誤差，特徵的Y位置以及Z位置必須相同。此外，為了能夠測量X俯仰誤差的影響，必須在與第一X特徵系列不同的Z位置進行測量。此外，必須知道到第一排X特徵的Z距離d。

為了判定X軸的翻滾誤差(第5圖)，幾何特徵必須存在於X方向，其Y位置可用探針檢測到。為了獨立於其他誤差來判定誤差，特徵的Y位置以及Z位置必須相同。此外，為了能夠測量X翻滾誤差的影響，必須在與第一排X特徵不同的Z位置進行測量。此外，必須知道到第一排X特徵的Z距離d(參見第5圖)。

根據第4圖以及第5圖中描述的測量，判定Y軸的翻滾誤差以及偏擺誤差。

在下一步中，計算X軸以及Z軸之間的垂直度。為此，計算兩條補償線。第一補償線由參考元件在基板8上沿著X方向的X軸位置以及其在Z方向上的位置偏差產生。第二補償線由第一壁10(階梯狀三角形)上的參考元件沿著X方向的Z軸位置及其在X方向上的位置偏差產生。然後計算兩條補償線之間的角度α。得到的偏差可直接作為控制單元9中誤差補償的校正值。

相似地，計算Y軸以及Z軸之間的垂直度。第一補償線由參考元件在基板8上沿著Y方向的Y軸位置以及其在Z方向上的位置偏差產生。第二補償線由第二壁20上的參考元件沿著Y方向的Z軸位置及其在Y方向上的位置偏差產生。這兩條直線之間的垂直度偏差又可直接用作誤差補償的校正值。

然後基於垂直度誤差根據其的Z位置在測量數據中調整所有參考元件的實際位置，使得測量數據不再包括XZ垂直度誤差以及YZ垂直度誤差。

在另一個步驟中，計算Z軸的幾何偏差。為此目的，使用第一壁10、第二壁20以及第三壁30的參考元件(參考孔26以及地面階梯表面26a)。由於X軸以及Y軸的誤差以及三個垂直度的誤差在之前的評估中已經由測量數據進行了計算，因此在這一步驟假設測量步驟所必需的在X方向或Y方向的過程不會影響Z軸的幾何偏差。

因此，藉由評估第一壁10上在Z方向的參考位置的實際位置與目標位置的差來判定Z軸的位置偏差。由於測量體2的零點與參考元件相對於零點的位置是已知的，可將判定的差分配至三軸機具的Z軸位置。這導致Z軸位置表，因此可直接用作三軸機具的誤差補償的校正數據。數據可像X軸以及Y軸一樣進行進一步處理，或者直接用作校正數據。同樣地，可使用適當的數學函數來推估補償數據。

Z軸的直線度偏差將以與其他軸相似的方式判定。在此，Y方向或X方向的位置偏差被分配給Z軸位置。實際位置以及標稱位置之間的差是由所判定的孔的中心引起的。直線度偏差的進一步處理可與Z軸位置偏差相同地執行。

如此一來，可使用測量體2檢驗以及校正所有相關的幾何誤差，包括偏擺、俯仰以及翻滾。此方法特別適用於熱條件變化後三軸機具幾何的校正，因為在這種情況下，一般會出現線性誤差，而使其可順利地被推估出來。此外，如果工作區中存在的溫度與參考溫度不同，此方法也可用於使三軸機具的幾何形狀適應具有不同熱膨脹係數的材料。

除了本發明的前述書面描述之外，在此明確參照第1圖到第6圖中本發明的圖式以用於其補充揭露。

1:三軸機具 2:測量體 3:工作區 4:主軸 5:測量裝置(三維探針) 6:機台 7:加強元件 8:基板 9:控制單元 10:第一壁 11,21,31:上部暴露區域 12:階梯區域 13:階梯 14:成排的台階孔 15,33,101a,102a,103a:孔 20:第二壁 22:第一排壁孔 23:孔 30:第三壁 32:第二排壁孔 71:第一壁架/條帶 72:第二壁架/條帶 81:第一邊緣 82:第二邊緣 83:第三邊緣 84:第四邊緣 101:第一排孔 102:第二排孔 103:第三排孔 111:第一直線 112:第二直線 113:第三直線 d:距離 G:直線度誤差 R,α:垂直度誤差 P:位置偏差 X:X軸 Y:Y軸 Z:Z軸

以下將參照附圖描述本發明的較佳示例實施例，其中： 第1圖是根據本發明較佳示例實施例的三軸機具中的測量體的示意性立體圖。 第2圖是第1圖的測量體的另一示意性立體圖。 第3圖是第2圖的測量體的示意性俯視圖。 第4圖是顯示X軸的俯仰誤差的判定例的測量體的示意性側視圖。 第5圖是顯示X軸的翻滾誤差的判定例的測量體的局部側視圖。 第6圖是顯示X軸的偏擺誤差的判定的示意圖。

無

1:三軸機具

2:測量體

3:工作區

4:主軸

5:測量裝置(三維探針)

6:機台

8:基板

9:控制單元

10:第一壁

11,21,31:上部暴露區域

13:階梯

14:成排的台階孔

15,33:孔

20:第二壁

22:第一排壁孔

30:第三壁

32:第二排壁孔

82:第二邊緣

83:第三邊緣

101:第一排孔

102:第二排孔

103:第三排孔

Claims (12)

1. 一種用於檢驗一三軸機具(1)中的幾何偏差的測量體，包括： 一基板(8)； 一第一壁(10)，設置在該基板(8)上且從該基板(8)垂直地突出； 一第二壁(20)，設置在該基板(8)上且從該基板(8)垂直地突出，且與該第一壁(10)垂直地設置； 其中，該基板(8)形成有一第一排孔(101)以及一第二排孔(102)； 其中，該第一壁(10)為一階梯狀三角形，且在一上部暴露區域(11)具有一階梯狀三角形區域(12)，該階梯狀三角形區域(12)具有複數個階梯(13)； 該第二壁(20)為一四邊形壁，且在與該基板(8)平行的一上部暴露區域(21)具有一第一排壁孔(22)；以及 其中，該第一排孔(101)與一排台階孔(14)平行設置，且該第二排孔(102)與該第一排壁孔(22)平行設置。
2. 如請求項1之測量體，其中該階梯狀三角形區域(12)具有該排台階孔(14)，其中每一個該階梯(13)中形成有一孔(15)以及一地面參考面。
3. 如請求項1至2任一項之測量體，更包括一第三壁(30)，該第三壁(30)設置在該基板(8)上且從該基板(8)垂直地突出，其中該第三壁(30)與該第二壁(20)垂直地設置，且其中該第二壁(30)包括一第二排壁孔(32)，該第二排壁孔(32)具有在一上部暴露區域(31)的數個孔(33)。
4. 如請求項3之測量體，其中該第一壁(10)、該第二壁(20)以及該第三壁(30)呈一U形形狀設置在該基板上。
5. 如請求項3或4之測量體，更包括在該基板(8)上的一第三排孔(103)，該第三排孔(103)平行於該第二排壁孔(32)。
6. 如請求項4或5之測量體，其中該第一排孔(101)、該第二排孔(102)以及該第三排孔(103)分別沿著該基板(8)的一邊緣延伸，使得一個該第一排孔、該第二排孔以及該第三排孔中的一孔設置在該基板(8)的每一個角落。
7. 如請求項4至6任一項之測量體，其中該第一壁(10)、該第二壁(20)以及該第三壁(30)設置在該基板(8)上，距離該第一邊緣(81)、該第二邊緣(82)以及該第三邊緣(83)的一距離大於或等於該第一排孔、該第二排孔以及該第三排孔的直徑的兩倍。
8. 如請求項1至7任一項之測量體，其中在該階梯(13)中的該等孔旁邊存在數個地表面以及/或其中在該第一排孔(101)以及/或該第二排孔(102)以及/或該第三排孔(103)的數個孔旁邊形成數個地表面。
9. 如請求項1至8任一項之測量體，更包括一加強元件(7)，該加強元件(7)設置在該基板(8)下方以用於該基板(8)的機械加強以及/或作為該三軸機具上的一夾持輔助。
10. 一種三軸機具，包括： 一工具主軸(4)； 一種如請求項1至9任一項之測量體(2)； 一測量裝置(5)，可夾入該工具主軸(4)中且配置以檢測固定在該三軸機具(1)中的該測量體(2)的數個實際值；以及 一控制單元(9)，配置以控制該三軸機具(1)； 其中，該控制單元(9)更配置以基於該測量體(2)的尺寸的數個幾何標稱值與使用該測量裝置(5)為三軸機具(1)判定的該測量體(2)固定在該三軸機具(1)中的該等實際值執行一標稱-實際比較，且如果該等標稱值與該等實際值之間存在偏差，則在該控制單元(9)的一控制程式中對該三軸機具(1)的幾何數據執行校正。
11. 如請求項10之三軸機具，其中該控制單元(9)包括一記憶體，該記憶體儲存該測量體(2)的該等標稱值。
12. 一種檢驗以及補償三軸機具的幾何偏差的方法，包括以下步驟： 將一測量裝置(5)夾持在該三軸機具的一工具主軸(4)中； 將如請求項1至9任一項之測量體(2)設置在該三軸機具的一工作區(3)中， 移動到該測量體(2)的複數個位置，以使用該測量體(2)收集該三軸機具的幾何實際數據； 將該實際幾何數據與儲存的該測量體(2)的數個標稱數據執行一標稱/實際比較，以判定數個幾何偏差；以及 在該三軸機具的一控制單元(9)中補償該等幾何偏差。

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