TWI416290B - 校準一車床之方法，判定一車床之一旋轉軸線之一位置的方法，對準一回轉軸線車床之方法，非暫態電腦可讀取媒體，及自動車床裝置 - Google Patents

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Description

校準一車床之方法，判定一車床之一旋轉軸線之一位置的方法，對準一回轉軸線車床之方法，非暫態電腦可讀取媒體，及自動車床裝置
本發明係關於工具機，且尤其係關於校準車床(例如鏇床、銑車床及其類似物)之方法。
鏇床係眾所熟知的。在一典型鏇床中，工件被固定於夾盤中且以高速旋轉。然後使切削工具與旋轉的工件接觸，以將工件切削或"車"成所要的形狀。
可視為鏇床之變型的銑車床亦係已知的。此機床包含一可旋轉夾盤以固持工件，且亦具有用於旋轉切削工具之構件。然後可以與標準鏇床相同之方式車削工件，及/或可使用旋轉工具以在工件中銑出特徵。銑車床亦可具有一回轉頭，以允許使切削工具自許多不同方向與工件接觸。
當操作鏇床、銑車床及其類似物時，通常有必要判定工件之旋轉軸線(所謂的中心線)。
此係因為在工件中所切削出之任何特徵之尺寸係由切削工具相對於鏇床中心線之位置判定的。
許多用於尋找鏇床中心線之手動方法係已知的。舉例而言，可使用度盤式指示器。然而，日益需要使工具機校準及切削操作自動化，以最小化機床停工時間，且提高所加工零件之再現性。
EP0283486描述了用於使用裝入鏇床之工具架中之接觸觸發式量測探針來判定夾盤之旋轉軸線的各種方法。詳言之，EP0283486描述了此種接觸觸發式探針如何可用於藉由量測工件之直徑上相對點的位置，來估計固持於鏇床之夾盤中之工件的旋轉軸線。在EP0283486之一實施例中，描述了如何對工件進行試切(sacrificial cut)及量測所切削特徵之直徑上相對點以確立中心線。然而，不是總有可能對工件進行試切，且此種切削過程可能很耗時而令人難以接受。
因此，本發明之一目標為提供一種用於校準車床(諸如鏇床、銑車床及其類似物)之改良方法。
根據本發明之一第一態樣，提供了一種用於校準具有用於固持工件之一第一可旋轉部分之車床的方法，該第一可旋轉部分具有關聯於其的一第一特徵，其中該方法包含如下步驟：(i)使用一量測探針以判定該第一特徵之位置，(ii)將該第一可旋轉部分旋轉一角度，及(iii)使用該量測探針以判定該第一特徵之新位置。
該方法有利地進一步包含步驟(iv)：使用在步驟(i)及(iii)中判定之位置量測結果來計算第一可旋轉部分之旋轉軸線("C軸線")的位置。舉例而言，可相對於車床之X軸線及Y軸線找到C軸線之位置。
本發明因此使用一第一特徵，其為車床之第一可旋轉部分的一部分或附著至第一可旋轉部分且具有一相對於彼第一可旋轉部分之固定(通常未知)位置。該第一特徵可為其位置可由探針量測之任何特徵；舉例而言，其可包含柱子、柱狀物、基準球體等。用於量測該特徵之位置的量測探針可為接觸式探針(例如接觸式觸發探針)或非接觸式探針。當可旋轉部分處於兩個(或兩個以上)不同旋轉方位時，使用量測探針判定第一特徵相對於機床本體之位置允許精確地判定車床之第一可旋轉部分之旋轉軸線(所謂的C軸線或鏇床中心線)。
本發明之方法因此使得可在無需切削工件之情況下找到車床之真正中心線(C軸線)。
此外，已發現本發明之方法不會遭受可在量測夾盤或工件之兩個不同特徵時發生之誤差。特定而言，本發明之方法可用於在不依賴一對特徵距中心線等距離之假設的情況下，找到機床之真正中心線。由此可見，本發明係優於EP0283486中描述之類型的技術之改良。
本方法亦具有可完全自動執行之優勢，且因此執行速度比手動設定技術(例如使用度盤式指示器)顯著加快。本方法亦可相對較快地(例如在零件之間)執行，從而允許對機床進行週期校準，藉此降低關聯於使用期間中心線位置之改變的加工誤差。
應注意，在本文中，術語"車床"定義一具有可固持工件之一第一可旋轉部分(例如夾盤)，且經配置使得切削工具可與工件(當其旋轉時)接觸之機床。亦即，其為在其中可"車削"工件之機床。車床可因此包含傳統鏇床或銑車床。車床亦可包含於其中工件可在切削期間旋轉之銑床或加工中心。車床之C軸線可處於任何方位；舉例而言，機床可具有一大體上水平或大體上垂直的C軸線方位。車床亦可包含可視需要而相對於機床重新定向之第一可旋轉部分；舉例而言，其可為其中可相對於固定工具調整C軸線之方位的加工中心(例如，其可包含其中可固持工件之夾盤的5－軸加工中心。然而，應注意車床與其中切削工件時，工件總是保持靜止之基本銑床有相當大的區別。
步驟(ii)便利地包含將第一可旋轉部分旋轉180°之角度。應注意的係，在本文中，幾何形狀經界定，使得第一可旋轉部分在機床之X－Y平面中旋轉，且C旋轉軸線標稱地與機床之z－軸線對準；儘管應瞭解C－軸線可能不總是與z－軸線完美地對準(如下文所述)。在使用此種座標幾何形態之情況下，步驟(i)及(iii)之量測各給出一對X，Y座標。中心線位置(以X及Y表示)因此為兩個量測的X及Y位置之中點。熟習此項技術者應瞭解，需要時可使用不同的座標幾何形態來進行位置量測。此外，步驟(ii)可包含將第一可旋轉部分旋轉任意角度。舉例而言，根據需要可將第一可旋轉部分旋轉小於180°、小於90°，或大於90°或大於180°之角度。
對於某些類型的車床，例如大型鏇床，量測探針可能僅具有有限的有效範圍。此可限制可在該方法之步驟(ii)期間使用的最大角度步長改變。步驟(ii)可因此包含將第一可旋轉部分旋轉小於180°之角度或不超過90°之角度。有利地，該方法接著可包含一判定第一可旋轉部分之旋轉軸線在第一機床軸線中之位置的初始步驟。此初始步驟可包含在第一機床軸線之假定中心線之任一側進行量測，如下文更詳細描述。該第一機床軸線可(例如)為X－軸線，且初始步驟將因此包含判定X－軸線中心線。有利地，步驟(i)接著包含定向第一可旋轉部分，使得第一特徵大體上位於該第一機床軸線上。以此方式，可確立機床中心線(例如在X及Y方向兩者中)之位置。
有利地，車床包含一工具架，其中用於在步驟(i)及(iii)中判定該第一特徵之位置的量測探針由該工具架固持。該工具架可固持一或多個切削工具或工具附件(諸如量測探針)。工具架較佳可相對於車床之第一可旋轉部分移動(例如在x、y及z方向上)，且亦提供本方法之步驟(i)及(iii)之位置資訊。工具架因此允許工具或附件與工件接觸且亦輸出工具位置資訊至機床控制器。通常，工具架經配置使得切削工具及工具附件可自動互換。
便利地，工具架包含用於固持工具或工具附件之一第二可旋轉部分。車床因此可包含除允許車削工件外，亦允許銑削此等工件之所謂的銑車床。銑車床通常具有一頭部，其包含該可旋轉部分，及允許工具(例如切削工具及銑削工具)及工具附件(例如量測探針)根據需要裝載至第二可旋轉部分中之自動工具交換裝置。有利地，用於在步驟(i)及(iii)中判定該第一特徵之位置的量測探針係由該第二可旋轉部分固持。該方法可便利地包含將第二可旋轉部分(及因此量測探針)旋轉一角度之步驟。
第二可旋轉部分有利地由一回轉頭承載，該回轉頭可圍繞至少一軸線("B－軸線")旋轉。回轉頭亦可承載一或多個用於承載額外的工具或工具附件之額外的可旋轉部分。因此，本方法可使用通常稱為回轉頭銑車床之機床來實施。此種機床具有一可旋轉以在第一可旋轉部分之旋轉軸線與第二可旋轉部分之旋轉軸線之間引入一傾斜的回轉頭；亦即，圍繞B－軸線之旋轉會改變A－軸線與C－軸線之間的角度。當B－軸線處於0°旋轉時，通常可說A－軸線標稱上與C－軸線對準。如上所述，此種回轉頭可在x、y及z方向上移動，且亦可旋轉以允許工具或工具附件與工件在不同方位上接觸；此增加了工件中可車削或銑削之特徵的範圍。
本方法可便利地應用於其中第一可旋轉部分可圍繞一軸線回轉或傾斜的車床。舉例而言，第一可旋轉部分可由一支架來承載，該支架可被移動以改變第一可旋轉部分相對於具有固定位置之第二旋轉部分之傾斜。與回轉頭機床一樣，此種機床亦在第一可旋轉部分之旋轉軸線與第二可旋轉部分之旋轉軸線之間引入一傾斜。該方法亦可應用於具有一回轉頭及一可圍繞一或多個軸線回轉或傾斜之第一可旋轉部分的車床。
有利地，在回轉頭之第二可旋轉部分之旋轉軸線經配置以大體上平行於第一可旋轉部分之旋轉軸線(亦即B＝0°)之情況下執行步驟(i)至(iii)。以此方式，當回轉頭處於B＝0°方位時，可相對於第二可旋轉部分之A－軸線而判定第一可旋轉部分(例如夾盤)之C－軸線的位置。
較佳地，本方法包含將第二可旋轉部分旋轉一角度。此可有利地用於獲得對任何觸針偏移或其類似物之量測。有利地，步驟(ii)可包含將第二可旋轉部分旋轉一角度之步驟。以此方式，在量測之間，可旋轉第一可旋轉部分及第二可旋轉部分兩者；第一可旋轉部分與第二可旋轉部分之旋轉量較佳相同，但其在需要時可不相同。根據需要，第一及第二可旋轉部分可一起旋轉或依次旋轉。
有利地，重複步驟(ii)及(iii)一或多次。以此方式，在第一可旋轉部分且(若需要)第二可旋轉部分旋轉至許多不同方位的情況下，進行對第一特徵之位置的許多量測。
便利地，步驟(i)在第一及第二可旋轉部分定向於0°時執行，步驟(ii)包含將第一及第二可旋轉部分旋轉90°，且將步驟(ii)及(iii)執行四次。該方法可因此以A及C軸線皆處於0°而起始。該方法接著在如下軸向旋轉情況下產生第一特徵之(x,y)位置的四個量測結果：(A＝0°、C＝0°)、(A＝90°、C＝90°)、(A＝180°、C＝180°)及(A＝270°、C＝270°)。
應注意，雖然第一及第二可旋轉部分可以如上所述之方式一起旋轉，但熟習此項技術者應瞭解可使用對此種方法之若干改變。舉例而言，步驟(i)可包含在第二可旋轉部分處於兩個或兩個以上之旋轉方位中之每一者之情況下判定該特徵之位置的步驟，及/或步驟(iii)可包含在第二可旋轉部分處於兩個或兩個以上之旋轉方位中之每一者之情況下判定該特徵之位置的步驟。
有利地，步驟(i)包含將第一可旋轉部分之方位設定為0°，且在第二可旋轉部分處於0°及180°兩者之上的情況下量測第一特徵之位置，步驟(ii)包含將第一可旋轉部分旋轉180°，且步驟(iii)包含在第二可旋轉部分處於0°及180°兩者之上的情況下量測第一特徵之位置。該方法因此提供在如下軸向旋轉情況下第一特徵之(x,y)位置的四個量測結果：(A＝0°、C＝0°)、(A＝180°、C＝0°)、(A＝0°、C＝180°)及(A＝180°、C＝180°)。
該方法有利地包含判定第一可旋轉部分之旋轉軸線與第二可旋轉部分之旋轉軸線之相對位移的額外步驟。如將在下文中更詳細地描述，C軸線與A軸線的此相對位移可容易地根據以上所述之四組x及y位置量測結果中之任一組而判定。熟習此項技術者應認識到，許多其他不同組之量測亦可產生有關軸線對準之類似資訊。
根據本發明之一第二態樣，提供了判定作為沿車床之平移軸線(例如z)之位移的函數之第一可旋轉部分之旋轉軸線的(例如x、y)位置的方法，該方法包含如下步驟：(A)使用本發明之第一態樣之方法判定第一可旋轉部分之旋轉軸線的(x,y)位置，(B)沿該平移軸線(在Z上)平移量測探針及/或第一可旋轉部分，及(C)使用本發明之第一態樣之方法判定第一可旋轉部分之旋轉軸線的(x,y)位置。
根據需要可重複步驟(B)及(C)一或多次。以此方式，在兩個或兩個以上位置處判定相對於z－軸線的C－軸線位置。該方法可進一步包含步驟(D)：使用步驟(A)及(C)之量測結果，判定第一可旋轉部分之旋轉軸線(所謂的"C－軸線")相對於車床之一軸線(例如"z－軸線")之角度對準。
另一類似方法亦可用於判定作為沿車床之平移軸線(例如z)之位移的函數之第二可旋轉部分的旋轉軸線的(例如x、y)位置，該方法包含如下步驟：(A)使用本發明之第一態樣之方法判定第二可旋轉部分之旋轉軸線的(x,y)位置，(B)(在z上)平移量測探針，及(C)使用本發明之第一態樣之方法判定第二可旋轉部分之旋轉軸線的(x,y)位置。
根據需要可重複步驟(B)及(C)一或多次。以此方式，可在兩個或兩個以上位置處判定相對於z－軸線的A－軸線位置。該方法可進一步包含步驟(D)：使用步驟(A)及(C)之量測結果，判定第二可旋轉部分之旋轉軸線(所謂的"A－軸線")相對於車床之一平移(例如橫向)軸線(例如"z－軸線")之角度對準。
對於具有一第二可旋轉部分之車床，可因此判定A及/或C軸線相對於z－軸線之對準。此允許對軸線之對準進行校正或允許機床自動校正工具位置，以防止切削期間不希望出現的錐度。
根據本發明之一第三態樣，提供了一種用於對準回轉軸線車床的方法，該車床具有一用於固持工件之第一可旋轉部分及一用於固持工具或工具附件之第二可旋轉部分，其中第一可旋轉部分之旋轉軸線可相對於第二可旋轉部分之旋轉軸線傾斜(例如回轉)，且第一可旋轉部分具有一關聯於其之第二特徵，該方法包含如下步驟：(a)獲得一回轉軸線車床，其中第一可旋轉部分之旋轉軸線與第二可旋轉部分之旋轉軸線的相對位移已使用根據本發明之第一態樣之方法來判定，(b)使用由第二可旋轉部分固持的量測探針來判定第二特徵之位置，及(c)改變第一可旋轉部分之旋轉軸線與第二可旋轉部分之旋轉軸線之間的傾斜，且重複步驟(b)。
有利地，回轉軸線車床包含回轉頭車床，在該回轉頭車床中，第二可旋轉部分由回轉頭承載，其中步驟(c)包含旋轉該回轉頭至不同的("B－軸線")方位及重複步驟(b)。替代或額外地，第一可旋轉部分可經調適以相對於第二可旋轉部分回轉。根據需要，任何回轉可圍繞一個軸線，或圍繞一個以上軸線。
對於典型回轉頭車床，在第一回轉頭方位處(例如B＝0°)進行判定第二特徵之位置所需的量測。回轉頭接著回轉至一第二(例如B＝90°)方位，在該方位處，量測探針再次用於獲得判定第二特徵位置所必需之量測結果。亦可獲得回轉頭處於不同B－軸線方位(例如45°)處時的其他量測結果。
應注意，步驟(b)較佳地包含量測第二特徵在x、y及z方向上之位置，且可因此需要使用量測探針進行若干不同的量測。在下文中更詳細地描述一種用於使用此等量測結果判定基準球體之確切中心之方法。而且，步驟(a)可包含使用本發明之第一態樣之方法來判定第一可旋轉部分之旋轉軸線與第二可旋轉部分之旋轉軸線的相對位移。
該方法因此包括在回轉頭或第一可旋轉部分回轉至許多不同方位之情況下判定第二特徵之位置。在一完美對準的機床中，對於此等方位中之每一方位，第二特徵之量測得的位置將係一致的，然而，平移誤差可導致此等量測之間的偏差，從而導致工具位置之誤差或所謂的工具偏移誤差。
便利地，該方法包含判定第一可旋轉部分之旋轉軸線與第二可旋轉部分之旋轉軸線之間的樞軸點之位置(亦即回轉軸線位置)的步驟。
有利地，本方法亦包含判定作為第一可旋轉部分與第二可旋轉部分之旋轉軸線之間的相對傾斜(回轉)之函數的工具偏移誤差的步驟。在回轉頭車床之情況下，可量測作為回轉頭(B－軸線)方位之函數的工具偏移誤差。換言之，可將第二特徵之位置的兩個量測結果用於判定任何回轉頭(B－軸線)方位下之工具偏移誤差。若如下文中更詳細地描述，工具偏移誤差隨B－軸線方位正弦地改變，則可將該兩個量測結果(例如在B＝0°及B＝90°處)外推，以界定任何B－軸線方位下之工具偏移誤差。
便利地，在第二特徵與第二可旋轉部分之間具有不同位移的情況下重複步驟(b)。較佳地，使用兩個或兩個以上針尖來重複步驟(b)，每一針尖具有自第二可旋轉部分之不同的位移。步驟(b)可有利地使用一多尖端探針，或使用具有不同長度之觸針的兩個不同探針來執行。便利地，使用量測探針之觸針之柄執行步驟(b)至少一次，以判定第二特徵之位置。以此方式，可為兩個或兩個以上長度之工具量測工具偏移誤差。
該方法可便利地包含判定作為第一可旋轉部分與第二可旋轉部分的旋轉軸線(例如回轉頭機床之B－軸線方位)之間的相對傾斜及工具長度之函數的工具偏移誤差之步驟。以此方式，可為在第一可旋轉部分與第二可旋轉部分之旋轉軸線之間具有任何相對傾斜的任何長度之工具計算工具偏移誤差。本發明因此提供用於判定銑車床或加工中心中之工具偏移誤差之自動方法，且允許此等車床精確且可重複地在工件中車出或銑出特徵。
有利地，一共用特徵提供用於本發明之第一態樣之方法中的第一特徵及用於本發明之第三態樣之方法中的第二特徵。換言之，單個特徵可用於判定中心線(C－軸線)位置及關聯於回轉頭之任何平移(工具偏移)誤差。或者，第一特徵可不同於第二特徵。第二特徵較佳地包含一基準球體；舉例而言，第一可旋轉部分可固持包含一基準球體之零件。第二特徵及/或第一特徵可有利地由包含兩個或兩個以上基準球體之桿或柄提供。
有利地，車床之第一可旋轉部分包含該第一特徵。換言之，車床之第一可旋轉部分可具有在其中形成或附著至其之合適的特徵。第一特徵可永久或臨時附著至第一可旋轉部分。第一特徵可包含孔洞、鏜孔、隆起、襯墊、凹穴或塊中之任意一或多者。舉例而言，可形成一在其周邊之位置形成柱或孔之夾盤。或者，第一可旋轉部分可固持包含該第一特徵之零件。舉例而言，第一可旋轉部分可固持一具有形成於其中或附著至其上之一第一特徵之零件。該零件可便利地包含一形成該第一特徵之突起(例如柱子或柱狀物)。
有利地，前述方法亦包含使用量測探針來判定工具設定器件相對於第一可旋轉部分之旋轉軸線的位置之位置的步驟。在工具設定器件(例如由工具設定臂固持的工具設定塊)與中心線之間提供經校準的連結可允許切削工具相對於中心線精確地定位。
根據本發明之一第四態樣，提供經適當程式化以實施根據本發明之第一、第二及第三態樣中之任一態樣之方法的自動車床裝置。
根據本發明之又一態樣，提供了用於控制車床之電腦程式，該電腦程式在載入合適的車床之電腦控制器中時，使得該機床適於實施根據本發明之第一、第二及第三態樣中之任一態樣的方法。亦可有利地提供含有此種電腦程式之機器可讀媒體(例如光碟或軟碟)。
根據本發明之又一態樣，提供了具有用於固持工件之一第一可旋轉部分之車床，該第一可旋轉部分具有關聯於其的一第一特徵，其中該車床包含一機床控制器，該機床控制器經配置以判定第一特徵之位置，將第一可旋轉部分旋轉一角度，且判定第一特徵之新位置。有利地，該控制器包含一量測探針以判定第一特徵之位置。有利地，該控制器進一步經配置以使用判定的位置量測結果來判定第一可旋轉部分之旋轉軸線(所謂的"C－軸線")的位置。此種機床亦可便利地經配置以實施上述方法。
儘管在本文中使用了笛卡兒座標(亦即參照相互正交的x、y及z軸線)來描述位置資訊，但應注意位置資訊亦可使用不同的座標系統(例如使用極座標)來表示。類似地，為方便起見，在本文中簡單地使用了術語"A－軸線"、"B－軸線"及"C－軸線"；熟習此項技術者先前可能已使用不同術語來描述此等旋轉軸線。決不應將對此術語之使用視為對本發明之範疇的限制。
參看圖1，其展示具有一特徵6之鏇床夾盤4之平面圖。特徵6可為形成於夾盤中或夾盤上之整體特徵，或其可形成於由夾盤固持之零件中。亦展示了一關聯的量測探針10，例如EP0283486中描述之類型的接觸式觸發探針。此種探針通常將安裝於鏇床(未圖示)之工具架上，且可與一或多個切削工具互換。
夾盤4可圍繞旋轉軸線8旋轉；此旋轉軸線通常稱為鏇床中心線或C－軸線。
圖1a說明處於一第一方位中之夾盤4，且圖1b展示一第二方位，在此方位中，夾盤4已相對於第一方位旋轉180°。
如上所述，精確判定鏇床中心線(亦即夾盤之旋轉軸線)係確保可將零件精確地加工至所需直徑所必需的。為了精確地判定夾盤之旋轉軸線，且由此判定隨後由夾盤固持之任何工件之旋轉軸線，可使用以下量測例行程序：(a)首先將量測探針10用於量測特徵6的x－y位置(x1 ，y1 )，其中夾盤處於圖1a中所示方位。
(b)接著將夾盤4旋轉180°(見圖1b)。
(c)然後將量測探針10用於量測該特徵之新x－y位置(x2 ，y2 )。
如圖2中所示，其說明參考圖1而描述之所量測位置(x1 ，y1 )及(x2 ，y2 )之幾何表示。距離A為X1 與X2 之間的差的一半，且距離B為Y1 與Y2 之間的差的一半。因此可見，鏇床之中心線8可容易地根據此量測結果而判定。
一旦已確定了鏇床之中心線，可使用量測探針來量測工具設定臂相對於鏇床中心線之位置。此進而允許將工具精確地相對於鏇床之中心線定位。
現將對於銑車床30描述上述校準技術之變型。
圖3展示銑車床30之側視圖。銑車床包含一固持基準球體34之夾盤32(可圍繞C－軸線旋轉)及一固持接觸式觸發探針38之銑頭36。銑頭36經配置以固持工具或工具附件(例如探針38)，且可圍繞A－軸線旋轉工具。銑頭36亦可在y－z平面中圍繞B－軸線回轉。
在銑車床中，必需相對於銑頭36之固持工具之部分的旋轉軸線(亦即A－軸線中心線)來確立夾盤32之旋轉軸線(亦即C－軸線中心線)。
以下在B－軸線之設定使得銑頭水平(亦即B＝0°)之情況下所執行的方法允許確立A軸線與C軸線之相對x－y位置：(i)C－軸線旋轉至0°，且A－軸線亦旋轉至0°。接著使用探針38量測基準球體之中心位置。
(ii)C－軸線旋轉至90°，且A－軸線亦旋轉至90°。接著使用探針38量測基準球體之中心位置。
(iii)C－軸線旋轉至180°，且A－軸線亦旋轉至180°。接著使用探針38量測基準球體之中心位置。
(iv)C－軸線旋轉至270°，且A－軸線亦旋轉至270°。接著使用探針38量測基準球體之中心位置。
步驟(i)及(iii)之量測結果的中點給出A軸線與C軸線在X－方向上的相對位移。步驟(ii)及(iv)之量測結果的中點給出A軸線與C軸線在Y－方向上的相對位移。
參看圖4，將更詳細地說明上述用於判定A軸線與C軸線在X及Y方向上的相對位移之計算。
圖4a說明當A及C軸線皆處於0°旋轉，且銑頭的A－軸線標稱地與C－軸線對準時之A與C軸線之間的X及Y偏移(Xo f f 及Yo f f )。C－軸線中心線之位置由點C表示且A－軸線中心線位置由點A表示。由夾盤固持之基準球體之中心自C－軸線中心線偏移一特定(固定)距離，且基準球體之位置因此由點D表示。類似地，探針之觸針球自A－軸線中心線偏移一特定(固定)距離，且針尖之位置由點S表示。
現參看圖4b，其再次展示A及C軸線處於0°旋轉時，A與C軸線之相對位置。此外，展示了值X1 ，其表示在標稱地對準的觸針球位置S與基準球體中心位置D之間的所量測差值。換言之，值X1 由以上參考圖3而描述之量測步驟(i)判定。
現參看圖4c，其展示A及C軸線處於180°旋轉時，A與C軸線之相對位置。亦展示了基準球體中心D及觸針球中心位置S之新位置(亦即旋轉後的位置)。自圖4c可見，使用觸針之對基準球體中心位置之量測給出值X2 。換言之，值X2 由以上參考圖3而描述之量測步驟(iii)判定。
繼X1 及X2 之量測之後，由下式給出X－軸線偏移(Xo f f )：
類似的過程可判定Yo f f 的值。參看圖4d，其展示A及C軸線處於90°旋轉時，A與C軸線之相對位置。使用觸針之對基準球體中心位置之量測給出值Y1 。如圖4e中所示，在A及C軸線處於270°時之類似量測產生值Y2 。值Y1 及Y2 由以上參考圖3所描述之量測步驟(ii)及(iv)判定。繼Y1 及Y2 之量測之後，由下式給出y－軸線偏移(Yo f f )：
一旦以上述方式量測得Yo f f 及Xo f f 之值，則知道A與C軸線之相對位置；亦即，機床已校準A與C軸線之對準。
除判定A與C軸線之相對位移外，亦可判定觸針偏移(亦即探針尖或觸針至C－軸線中心線之位移)。在使用以上概述之方法判定出A與C中心線之相對位移之前或之後，可量測觸針偏移。當知悉A與C軸線之相對位移及觸針偏移時，便可使探針能夠進行相對於(已知)C－軸線中心線之位置量測。
觸針偏移(Xs t ，Ys t )因此可由以下步驟判定：(v)保持C－軸線靜止，且在A－軸線旋轉至0°之情況下，量測基準球體之X－Y位置，及(vi)旋轉A－軸線至180°，且重新量測基準球體之X－Y位置。
接著，可根據步驟(v)及(vi)中獲得的量測結果之偏差的一半而判定觸針偏移(Xs t ，Ys t )。
雖然上述方法提供了找到A與C軸線之相對位置及/或觸針偏移之便利方式，但熟習此項技術者應瞭解到可用於確立C軸線之(x,y)位置的許多替代量測之組。舉例而言，可使用以下方法：(i)C－軸線旋轉至0°，且A－軸線亦旋轉至0°。接著使用探針38量測基準球體之(x,y)中心位置。
(ii)C－軸線保持在0°，且A－軸線旋轉至180°。接著使用探針38量測基準球體之(x,y)中心位置。
(iii)C－軸線旋轉至180°，且A－軸線旋轉至0°。接著使用探針38量測基準球體之(x,y)中心位置。
(iv)C－軸線保持在180°，且A－軸線旋轉至180°。接著使用探針38量測基準球體之(x,y)中心位置。
步驟(i)及(ii)中所獲得的量測結果之中點用於提供C＝0°的旋轉中心位置，同時步驟(iii)及(iv)中所獲得的量測結果之中點用於提供C＝180°的旋轉中心位置。C＝0°及C＝180°的旋轉中心位置之中點就提供C－軸線旋轉中心位置。
參看圖5，其更詳細地說明參考圖4所描述之觸針偏移量測的幾何形態。
圖5a展示在0°旋轉之A及C軸線之位置，且亦說明基準球體D及觸針球S之位置。亦展示了待量測之觸針偏移(Xs t ，Ys t )。
圖5b展示在0°旋轉之A及C軸線之位置，且亦說明在上述方法之步驟(v)期間所量測之基準球體D與觸針球S之間的相對位移(X1 '，Y1 ')。
圖5c展示當A軸線在0°且C軸線旋轉至180°時之相對位置。亦展示了在上述方法之步驟(vi)期間所量測之基準球體D與觸針球S之間的相對位移(X2 '，Y2 ')。
因此，觸針偏移可根據下式判定：
現參看圖6，其展示了圖3之回轉頭銑車床之銑頭旋轉90°(亦即B＝90°)。如上所述，將銑頭旋轉離開在其中已量測A及C軸線對準之水平位置可引入特定的平移誤差。
用於校準B－軸線平移誤差之方法包括如下步驟：(A)在B－軸線處於用於判定A與C軸線之相對對準之方位的情況下(在上述實例中，B＝0°)，使用長度為L1之一第一探針以判定基準球體之X、Y及Z位置。該第一探針應具有與用於判定A與C軸線之相對對準之探針相同的長度。
(B)旋轉B－軸線回轉頭以垂直於夾盤之旋轉軸線(亦即旋轉至如圖6中所示B＝90°)，且再次使用第一探針重新量測基準球體在Y、Z，然後X方向上之位置。
(C)使用長度為L2(L2不同於L1)之第二探針，以判定B－軸線在0°時之基準球體的X、Y及Z位置。
(D)旋轉B－軸線回轉頭以垂直於B＝90°，且再次使用第二探針重新量測基準球體在Y、Z，然後X方向上之位置。
然後可計算使用長度為L1之工具在步驟(A)及(B)中所量測的x、y及Z基準球體位置之差值或誤差；此誤差可由(Xe r r 1 ，Ye r r 1 ，Ze r r 1 )表示。使用長度為L2之工具在步驟(C)及(D)中所量測之x、y及Z基準球體位置之差值或誤差為(Xe r r 2 ，Ye r r 2 ，Ze r r 2 )。
取得使用不同長度之兩個工具所獲得之誤差量測結果後，長度上之平移誤差為：
使用兩個不同長度之探針來進行量測可允許將平移誤差外推回至零工具長度(量測線)的情況，從而能夠判定X、Y及Z平移參考點(Xr e f ，Yr e f ，Zr e f )。此使得能夠經由以下陳述式針對任何工具長度Ln 判定平移距離(X、Y及Z)：X ＝X ref ＋(L n .X err ) (4a)Y ＝Y ref ＋(L n .Y err ) (4b)Z ＝Z ref ＋(L n .Z err ) (4c)
假設平移誤差隨B－軸線旋轉而正弦地變化，則使用角度之正弦(90°之正弦等於1.0)，平移距離可應用於任何中間B－軸線位置。雖然可假設正弦變化，但可在中間B－軸線旋轉角度上進行額外的量測以獲得提高的精度。
應注意，雖然上述方法係針對回轉頭機床而描述，但其同樣適用於其中銑頭具有固定位置且夾盤可傾斜的機床。舉例而言，車床可包含固持夾盤之支架。
雖然上述方法可使用兩個不同長度之探針來實施，但該項技術亦可採用圖7中所示類型之具有一帶有兩個(或兩個以上)尖端的觸針的探針或使用探針柄上之兩個(或兩個以上)點。
圖7說明具有一軸71之多尖端觸針70，該軸在其遠端承載一第一針尖72，及第二針尖74及第三針尖76(或鑲條)。第二及第三針尖沿軸71而相互間隔開。
雖然此種探針尤其適於實施上述方法，但其亦可用於需要使用兩個或兩個以上不同長度之探針之量測的許多替代探測應用。
一旦已使用以上概述之方法中之一或多種方法校準了鏇床或銑車床，則接著可設定工具設定器件之位置。現將參看圖8至圖10來描述此種工具設定程序之一實例。
圖8展示圖3中所示類型之回轉頭銑車床。該銑車床包含一可圍繞B－軸線旋轉之銑頭36、一可旋轉的夾盤32及一工具設定臂80。工具設定臂80承載已知類型之工具設定塊82。
工具設定器件之(x,y,z)位置可在承載探針38之銑頭36之B－軸線設定在90°時加以量測，且然後在銑頭36之B－軸線設定在0°時加以量測；此兩個銑頭配置在圖8中分別展示為36及36'。該兩組位置量測結果在(已知)機床主軸(C－軸線)中心線與工具設定器件之間提供經校準的連結。
圖9展示承載切削工具90之銑頭36，其被相對於工具設定臂80之工具設定塊82而量測。因為在機床主軸(C－軸線)中心線與工具設定塊92之間存在經校準的連結，所以可對於工具90判定3軸(X、Y、Z)工具偏移。此3軸偏移將包括歸因於工具之切削點處之機床幾何形狀問題的固有誤差。
以此方式，在工具切削邊緣與C－軸線中心線之間確立經校準的連結。此確保了將在正確的位置上加工隨後在被施加了3軸偏移之情況下所加工的任何特徵。
以此方式使用工具設定塊提供對工具邊緣位置之經校準的量測克服了關聯於工具機之任何垂直度誤差。舉例而言，由於所謂的"垂直度誤差"，在短工具(100 mm長)與主軸探針(230 mm長)之間往往存在0.1 mm位置誤差。
參看圖10(a)，其中展示"混合式"工具設定盤100，其含有用於量測車削刀片(turning insert)之邊緣的平面102。該工具設定盤亦可用於量測處於中間B－軸線位置之工具，如圖10(b)中所示；此等傾斜之工具可為銑刀、鑽頭等。
一旦使用上述方法校準了銑車床，則可執行週期檢查，以確保仍可保持對準及確立工具偏移誤差。
參看圖11，展示了夾盤32，一基準球體34附著至其上。亦展示了固持量測探針38之相關聯的銑頭36。銑頭36可位於B＝90°(由銑頭36說明)、B＝45°(由銑頭36"說明)或B＝0°(由銑頭36'說明)處。
對準檢查方法包含一第一(垂直)探測例行程序，其包括如下步驟：(a)量測在C＝0°、A＝0°及B＝90°之情況下，基準球體之YZ中心(Y1 ,Z1 )。
(b)量測在C＝0°、A＝180°及B＝90°之情況下，基準球體之YZ中心(Y2 ,Z2 )。
(c)使用YZ中心之先前判定值，量測在C＝0°、A＝180°及B＝90°之情況下的基準球體之X位置。YZ中心之先前判定值可為在先前對準檢查或在初始校準過程期間所量測的值。
(d)量測在C＝180°、A＝180°及B＝90°之情況下，基準球體之YZ中心(Y3 ,Z3 )。
(e)量測在C＝180°、A＝0°及B＝90°之情況下，基準球體之YZ中心(Y4 ,Z4 )。
(f)使用YZ中心之先前判定值，量測在C＝180°、A＝0°及B＝90°之情況下，基準球體之X位置。
接著，可使用如下陳述式根據在步驟(a)、(b)、(c)及(d)中獲得之量測結果找到確切的YZ中心：Y cen ＝(((Y 1 ＋Y 2 )/2)＋((Y 3 ＋Y 4 )/2))/2 (5a)Z cen ＝(((Z 1 ＋Z 2 )/2)＋((Z 3 ＋Z 4 )/2))/2 (5b)
該確切的YZ中心可用於更新球體中心相對於中心線之位置(用於在下文中描述之水平探測例行程序)，且亦可用於任何隨後的對準檢查過程。X－軸線工具偏移誤差亦可藉由取在步驟(c)及(f)中量測的x位置之平均值，且從中減去(已知)球體直徑來判定。
對準檢查方法亦可包含一第二(水平)探測例行程序，其包括如下步驟：(a)量測在C＝0°、A＝0°及B＝0°之情況下，基準球體34之XY中心(X1 ,Y1 )。
(b)量測在C＝0°、A＝180°及B＝0°之情況下，基準球體34之XY中心(X2 ,Y2 )。
(c)量測在C＝180°、A＝180°及B＝0°之情況下，基準球體34之XY中心(X3 ,Y3 )。
(d)量測在C＝180°、A＝0°及B＝0°之情況下，基準球體34之XY中心(X4 ,Y4 )。
(e)使用YZ中心之先前判定值，量測在C＝180°、A＝0°及B＝0°之情況下，基準球體之Z位置。
取得在步驟(a)至(d)中所量測之XY值後可允許使用以下陳述式來計算基準球體34在X及Y方向上之確切中心：X cen ＝(((X 1 ＋X 2 )/2)＋((X 3 ＋X 4 )/2))/2 (6a)Y cen ＝(((Y 1 ＋Y 2 )/2)＋((Y 3 ＋Y 4 )/2))/2 (6b)
Z－軸線工具偏移誤差亦可藉由自上述步驟(e)中所量測之z位置減去(已知)球體直徑之一半來判定。
除了上述垂直及水平量測外，亦可能進行B－軸線在45°時之量測，以檢查在Y方向上之確切中心。此種過程可包含如下步驟：(a)量測C＝0°、A＝0°及B＝45°處之Y中心(Y1 )。
(b)量測C＝0°、A＝180°及B＝45°處之Y中心(Y2 )。
(c)量測C＝180°、A＝180°及B＝45°處之Y中心(Y3 )。
(d)量測C＝180°、A＝0°及B＝45°處之Y中心(Y4 )。
上述步驟(a)至(d)之量測結果根據上述方程式(6b)產生Y方向上之確切中心。
參看圖12，將描述一種用於檢查主軸(亦即C－軸線)相對於機床之z－軸線的軸向對準之方法。特定而言，圖12展示其上附著了基準球體34的夾盤32。亦展示了固持量測探針38之相關聯的銑頭36。
該過程係基於在沿Z－軸線之兩個位置處量測基準球體34之在X及Y方向上的位置。在圖11中，藉由基準球體34'展示第二z－軸線位置。此兩個量測允許確立C－軸線110相對於z－軸線112之任何未對準。此類型之未對準將導致在需要平面直徑時切削出錐度，且因此可被視為具有對由鏇床或銑車床製造之物品之品質的有害影響。
對準過程之第一階段包含量測當基準球體位於沿z－軸線之位置Z1 處時之基準球體的位置。接著執行以下量測步驟：(1)量測在C＝0°、A＝0°及B＝0°之情況下，基準球體34之XY中心(X1 ,Y1 )。
(2)量測在C＝0°、A＝180°及B＝0°之情況下，基準球體34之XY中心(X2 ,Y2 )。
(3)量測在C＝180°、A＝180°及B＝0°之情況下，基準球體34之XY中心(X3 ,Y3 )。
(4)量測在C＝180°、A＝0°及B＝0°之情況下，基準球體34之XY中心(X4 ,Y4 )。
接著可使用上述方程式6計算在X及Y方向上的確切中心。
該方法之第二階段包含沿z－軸線移動基準球體至圖12中所示之位置Z2 。對於第二基準球體位置34'重複上述步驟(1)至(4)，藉此可使用方程式6計算基準球體34'之確切中心。
所判定的基準球體位置34與34'之確切中心位置(亦即Z1 及Z2 )之間的任何差異指示了C與z軸之間的未對準。需要時，可使用三角法計算X及Y方向上之未對準量。
有可能提供具有兩個間隔開的基準球體之基準器件，而非沿z軸線平移基準球體。現參看圖13，其展示此種基準器件130。基準器件130包含一第一基準球體136，及一第二基準球體138。亦展示了具有一尖端140之相關聯的量測探針38。應注意，第二基準球體138(嚴格而言)係截去一部分之球體，但在本文中為方便起見，將稱為基準球體。此外，需要時可沿基準器件之長度提供額外的基準球體；亦即，基準器件可包含沿縱向軸線間隔開的兩個或兩個以上基準球體。
基準器件130可用於替代圖12中所示之單個基準球體34。換言之，可將基準器件130固持於銑車床之夾盤32中。基準器件130之提供允許以上文中參考圖12所描述之方式量測c與z軸之對準，而無需夾盤之任何橫向(z－軸線)移動。換言之，可使用量測探針38來量測基準器件130之兩個基準球體之x－y位置，而非判定在兩個不同位置(例如Z1 及Z2 )中之單個基準球體之x－y中心。
參看圖14，將描述一種用於檢查銑車床之銑軸(亦即A－軸線111)相對於該機床之z－軸線的對準之方法。該方法係基於使用參考圖7所描述類型之雙尖端觸針120之一第一尖端122及一第二尖端124來判定由夾盤32固持之基準球體34之在X及Y方向上的位置。此兩個量測允許確立A－軸線111相對於z－軸線112之任何未對準。
該方法包括使用第一尖端122執行上文中參考圖12所描述之量測步驟(1)至(4)。此允許在銑頭36位於沿z－軸線之第一位置中之情況下，判定基準球體34之確切中心。接著，重複量測步驟(1)至(4)，但將觸針之第二尖端124用於量測。此允許在銑頭36位於沿z－軸線之第二位置中之情況下，判定基準球體34之確切中心。因此，在銑頭36處於第一及第二位置中之情況下的基準球體之所量測X及Y位置的任何變化可提供對未對準之量測。
作為使用一雙尖端觸針120之替代，可使用觸針之軸(亦即非尖端)來進行用於判定基準球體之(x,y)位置的量測中之一量測或所有量測。此種量測將通常包括使用該軸獲得一第一量測結果，將觸針旋轉180°，及使用該觸針軸獲得一第二量測結果。此兩個量測結果之中點就提供一(x,y)位置量測結果。換言之，可使用標準觸針之柄來判定基準球體之(x,y)位置，藉此避免提供若干不同長度之觸針或多尖端觸針之需要。
此外，當執行參考圖14所描述之方法時，可採用圖13中所示類型之基準器件130。該方法因此可包含使用相關聯之量測探針的柄在探針處於不同(z－軸線)位置中之情況下，獲得第二基準球體138之(x,y)位置的量測結果。
上述方法，尤其係找到參考圖1及圖2所描述之鏇床的中心線之方法，可實施於目前所用之大多數車床。然而，特定的車床(尤其大型鏇床)包括具有有限的有效範圍之量測探針；亦即，量測探針僅可在小於夾盤覆蓋之區域之特定區上移動。在此等情況下，可能不能量測旋轉至相對於中心線的在直徑上相對的位置之特徵的位置。然而，仍可使用以下參考圖15所描述之方法來確立車床之中心線。
參看圖15，將描述用於判定大型工具機之中心線150之方法。該工具機包含一保持夾盤152之可旋轉主軸，該夾盤具有一附著至其外緣之基準球體154。在圖15中亦展示了裝載至工具機(未圖示)之銑軸之工具架中之量測探針156。
該方法包含以下步驟：步驟1：參看圖15a，判定探針之觸針偏移。此藉由定向機床之夾盤152，使得基準球體154接近C＝0°位置而獲得。由圍繞A－軸線旋轉之銑軸固持之量測探針旋轉至A＝0°，且被用於判定該球體在x及z方向上之位置。接著，將銑軸旋轉至A＝180°，在此處重新量測球體在x及z方向上之位置。在x及z方向上之觸針偏移為兩個量測(亦即A＝0°，及A＝180°)之球面中心位置之差值的一半。銑軸然後旋轉回至A＝0°。步驟1中所判定之觸針偏移用於所有隨後的位置量測。
步驟2：參看圖15b及15c，其展示一種用於將基準球體154之中心設定在標稱X－軸線中心線153上之方法。
首先，將量測探針156之觸針在正x－方向上自標稱X－軸線中心線153移動一小距離；見圖15b。接著，順時針方向旋轉C－軸線，導致基準球體154接觸且因此觸發量測探針156。記錄自標稱X－軸線中心線153至探針觸發位置期間C－軸線所旋轉之角度(C1 )。
其次，如圖15c中所示，將量測探針之觸針移動至標稱X－軸線中心線153之另一側上之一位置。在此配置中，觸針距標稱X－軸線中心線之距離及y－位置與其在圖15b中之情況相同。接著逆時針方向旋轉C－軸線，導致基準球體154觸發量測探針156。記錄自標稱X－軸線中心線153至探針觸發位置期間C－軸線所旋轉之角度(C2 )。
然後將C－軸線零旋轉位置(C＝0°)調整至角度Cs h i f t ，其中：
C－軸線然後旋轉至新的C＝0°位置，使得基準球體中心與標稱X－軸線中心線153對準。
步驟3：參看圖15d及15e，在標稱X－軸線中心線153之任一側上確立基準球體位置。
如圖15d中所示，夾盤首先順時針方向(自C＝0°)旋轉已知角度θ(其中θ通常在30°至45°之間)，使得基準球體154處於一第一位置(亦即C＝θ)。接著使用量測探針156量測基準球體之位置(x1 ,y1 )。
參看圖15e，夾盤然後逆時針方向旋轉，使得基準球體處於自標稱X－軸線中心線之角度－θ(亦即C＝－θ)。接著使用量測探針156量測基準球體之位置(x2 ,y2 )。
步驟4：判定在步驟3中量測的Y軸線位置y1 與y2 之間的差值。
若y1 與y2 之間的差值最小(例如若其小於10 μm)，則X－軸線中點(Xm i d )由下式給出：
在此情況下，可執行下文中之步驟6以判定中心線(Yc e n ,Xc e n )之位置。
若y1 與y2 之差值係相當大的(例如若其大於10 μm)，則其表明在標稱與實際中心線位置之間的相當大的偏差。在此情況下，執行步驟5。
步驟5：如圖15f中所示，若標稱C－軸線中心160在x及y方向上相對於實際C－軸線中心162移動一相當大的量，則可出現y1 及y2 之量測值之相當大的差異。此將導致下文步驟6中所計算之Yc e n 及Xc e n 之值的誤差。
為了克服此種誤差，有可能調整C－軸線旋轉對準。換言之，可C＝0°位置調整角度(Φ)，其中：
繼C＝0°位置之調整之後，可重複步驟3及4，使得可重新量測(x1 ,y1 )及(x2 ,y2 )，藉此經由方程式(8)提供新的X－軸線中點值(Xm i d )。
步驟6：一旦已確立(x1 ,y1 )，(x2 ,y2 )及Xm i d 之值，便可判定C－軸線旋轉中心之位置(Xc e n ，Yc e n )。
如圖15g中所示，此可藉由首先量測基準球體在X－軸線中心線上(亦即在C＝0°)之位置(x3 ,y3 )來實現。接著旋轉C－軸線，使得基準球體處於離開X－軸線中心線之位置，且量測其新位置(x4 ,y4 )。
藉由使用量測結果(x3 ,y3 )及(x4 ,y4 )，旋轉之半徑(R)由下式給出：
在已使用方程式(10)判定半徑(R)後，夾盤之旋轉中心或C－軸線之位置(Xc e n ，Yc e n )由下式給出：X cen ＝X mid (11a)Y cen ＝y 3 －R (11b)
如上所提及，此方法之優點在於其可用於車床，例如航空工業中所使用之非常大型的鏇床，其中量測探針可到達之機床區域受到限制。此外，該方法不要求將零件裝載至鏇床之夾盤中，且附著至夾盤之周邊的基準球體之附著不會干擾加工操作。
雖然上述方法使用附著至夾盤之基準球體，但應注意可替代地使用許多替代特徵。事實上，具有可在x及y軸線上量測之位置的任何特徵皆可用於該方法；例如該特徵可包含孔洞、鏜孔、隆起、襯墊、凹穴或塊。該參考特徵可為機床夾盤之一固定部分，或其可在可臨時附著至夾盤之零件中形成。
此外，雖然特徵15展示了位於x－y平面中之探針，但是應注意在使用具有定向在x－y平面外之觸針的探針時亦可應用該方法。舉例而言，該探針可與x－y平面成90°而定向，在此情況下參考特徵(例如基準球體)可經配置成自夾盤之面突出，而非自周邊突出。
亦應注意參考圖15所描述之方法可應用於尋找任何可旋轉部分之中心線。舉例而言，其不僅可應用於尋找車床之中心線，而且可應用於尋找在大型銑床中用於固持工件之工作臺等之旋轉中心。
參看圖16，其說明又一銑車床。機床200包含一承載工件之工作臺部分202，其上附著一校準球體206。量測探針204由工具臂(未圖示)承載，且該裝置允許量測探針沿x、y及z軸方向相對於工作臺部分202平移。雖然未圖示，但工具臂可包含一允許探針圍繞其縱向軸線旋轉之可旋轉部分(例如銑軸)。
工作臺部分202可圍繞C－軸線旋轉。此外，工作臺部分202由允許其在yz平面中圍繞樞軸點傾斜的支架承載；亦即，工作臺部分可圍繞在本文中稱為B'－軸線之軸線傾斜。
圖16展示傾斜至兩個不同位置中之工作臺部分202；此等位置為B'＝－90°及B'＝0°位置。為了確立B'－軸(亦即樞軸點)在yz平面中之位置，可進行以下量測：(i)在B'＝－90°及C＝0°情況下，量測球體206之位置。
(ii)將C－軸線旋轉180°(如虛線所示)，且重新量測(亦即在B'＝－90°及C＝180°之情況下)球體之位置。
(iii)然後將B－軸線傾斜至B'＝0°，且在C＝180°之情況下，進行球體位置之量測。
(iv)將C－軸線旋轉180°(如虛線所示)，且重新量測(亦即在B'＝0°及C＝0°之情況下)球體之位置。
另外參看圖17中所示機床之幾何圖解，步驟(i)及(ii)之平均量測結果提供了在B'＝－90°時，位於C－軸線上之第一球體點量測結果(X1，Y1，Z1)。步驟(iii)及(iv)之平均量測結果提供了在B'＝0°時，位於C－軸線上之第二球體點量測結果(X2，Y2，Z2)。
Y1與Y2之值的差提供一第一半徑值r1。Z1與Z2之值的差提供一第二半徑值r2。
平均半徑值rt r u e 為：
B'軸線在Y及Z方向上之位置為：Y pivot ＝Y 1－r true (13a)Z pivot ＝Z 1－r true (13b)
以此方式，有可能在YZ平面中確立B'－軸線位置P。換言之，可找到工作臺部分202之YZ樞軸點。在知悉B'－軸線之樞軸點位置後，就可精確地判定在任何B'－軸線方位下工作臺部分202相對於量測探針204之位置。因此，對於工作臺部分202之不同傾斜，可將適當的平移誤差校正應用於工具臂位置。
作為如上文中參考圖6及圖7所描述的使用兩個不同長度之探針進行量測的替代(或額外)措施，可使用參考圖16及圖17所描述之程序。應注意此項技術可用於銑床而不僅係銑車床。舉例而言，該技術可應用於其中工件安裝於可傾斜的工作臺上之銑床。參考圖16及17所描述之技術包含一具有一安裝於可傾斜的工作臺上之夾盤的機床。然而，應注意類似技術可應用於回轉頭銑車床，如下文所描述。
參看圖18，其展示具有一可圍繞C－軸線旋轉之夾盤232的機床。校準球體234由夾盤承載且量測探針236由回轉頭238承載。在此實例中，夾盤之C－軸線相對於機床固定，且回轉頭238為可圍繞A－軸線旋轉探針236(或工具等)之銑頭。回轉頭238亦可圍繞B－軸線回轉。在圖18中，展示了在B＝0°及B＝90°方位中之回轉頭。
與上述方法類似，可在量測探針236旋轉A＝0°及A＝180°之情況下，找到B＝0°及B＝90°兩方位下的校準球體234的中心。此提供了量測頭上之點(X1,Y1,Z1)及(X2,Y2,Z2)相對於校準球體234之(固定)中心的位置。因此，圖17中所示之幾何關係亦提供回轉頭238之樞軸點；亦即B－軸線之位置。再一次，在知悉B－軸線之位置後便可移除中間B－軸線方位下的任何平移誤差。
熟習此項技術者應瞭解上述實例代表了本發明之一般校準過程。本文中描述之特定方法之許多改變對於閱讀本說明書及附加之申請專利範圍之熟習此項技術者而言係顯而易見的。
4．．．鏇床夾盤
6．．．特徵
8．．．旋轉軸線
10．．．量測探針
30．．．銑車床
32．．．夾盤
34．．．基準球體
36．．．銑頭
36'．．．銑頭
36"．．．銑頭
38．．．探針
70．．．多尖端觸針
71．．．軸
72．．．第一針尖
74．．．第二針尖
76．．．第三針尖
80．．．工具設定臂
82．．．工具設定塊
90．．．切削工具
100．．．工具設定盤
102．．．平面
110．．．C－軸線
111．．．A－軸線
112．．．z－軸線
120．．．雙尖端觸針
122．．．第一尖端
124．．．第二尖端
130．．．基準器件
136．．．基準球體
138．．．基準球體
140．．．尖端
150．．．中心線
152．．．夾盤
153．．．標稱X－軸線中心線
154．．．基準球體
156．．．量測探針
160．．．C－軸線中心
162．．．實際C－軸線中心
202．．．工作臺部分
204．．．量測探針
206．．．量測球體
236．．．量測探針
圖1展示處於第一及第二方位之鏇床夾盤，圖2說明兩個量測點與鏇床中心線之間的幾何關係，圖3說明具有一回轉頭之銑車床，圖4說明用於確立A－軸線與C－軸線之相對位置的幾何形態，圖5展示用於確立觸針相對於C軸線之位置的幾何形態，圖6展示具有一處於回轉方位之頭部之銑車床，圖7展示雙尖端觸針，圖8展示具有一回轉頭及一工具設定臂之銑車床，圖9展示由設定臂固持的工具設定塊之對準，圖10展示校準工具設定盤，圖11說明其銑頭位於三個不同位置之銑車床，圖12說明主軸(C－軸線)與z－軸線之未對準，圖13展示雙校準球器件，圖14說明用於量測銑軸(A－軸線)與z－軸線之未對準之雙尖端探針，圖15說明大型鏇床的又一校準方法，在該大型鏇床中對夾盤之接近受到限制。
圖16展示具有一可傾斜的工作臺之銑車床，圖17展示圖16之裝置之幾何形態，及圖18展示與圖16等效之回轉頭。
32．．．夾盤
34．．．基準球體
36．．．銑頭
36'．．．銑頭
36"．．．銑頭
38．．．探針

Claims (38)

  1. 一種校準一車床之方法，該車床具有用於固持一工件之一第一可旋轉部分及一用於固持一量測探針之第二可旋轉部分，該第一可旋轉部分具有與其相關聯之一第一特徵，該方法包含如下步驟：(i)使用該量測探針以判定該第一特徵之一位置，(ii)將該第一可旋轉部分旋轉一角度至一新位置，(iii)使用該量測探針以判定該第一特徵之新位置，及(iv)將該第二可旋轉部分旋轉一角度。
  2. 如請求項1之方法，且進一步包含步驟(v)：使用在步驟(i)及(iii)中判定之位置量測結果來計算該第一可旋轉部分之旋轉軸線的位置。
  3. 如請求項1之方法，其中步驟(ii)包含將該第一可旋轉部分旋轉一180°之角度。
  4. 如請求項1之方法，其中步驟(ii)包含將該第一可旋轉部分旋轉一小於180°之角度。
  5. 如請求項4之方法，其中步驟(ii)包含將該第一可旋轉部分旋轉一不大於90°之角度。
  6. 如請求項4之方法，其包含一判定該第一可旋轉部分之該旋轉軸線在一第一機床軸線中的位置之初始步驟。
  7. 如請求項6之方法，其中步驟(i)包含定向該第一可旋轉部分，使得該第一特徵大體上位於該第一機床軸線上。
  8. 如請求項1之方法，其中重複步驟(ii)及(iii)一或多次。
  9. 如請求項1之方法，其中步驟(ii)包含將該第一及該第二可 旋轉部分旋轉90°，且將步驟(ii)及(iii)執行四次。
  10. 如請求項1之方法，其中該車床之該第一可旋轉部分包含該第一特徵。
  11. 如請求項1之方法，其中該第一可旋轉部分固持一包含該第一特徵之零件。
  12. 如請求項11之方法，其中該零件包含一形成該第一特徵之突起。
  13. 如請求項1之方法，其包含使用該量測探針以判定一工具設定器件相對於該第一可旋轉部分之該旋轉軸線的位置之位置的步驟。
  14. 一種校準一車床之方法，該車床具有用於固持一工件之一第一可旋轉部分及一用於固持一量測探針之第二可旋轉部分，該第一可旋轉部分具有與其相關聯之一第一特徵，該方法包含如下步驟：(i)使用該量測探針以判定該第一特徵之一位置，(ii)將該第一可旋轉部分旋轉一角度至一新位置，及(iii)使用該量測探針以判定該第一特徵之新位置，其中該第二可旋轉部分由一回轉頭承載，該回轉頭可圍繞一軸線旋轉。
  15. 一種校準一車床之方法，該車床具有用固持一工件之一第一可旋轉部分及一用於固持一量測探針之第二可旋轉部分，該第一可旋轉部分具有與其相關聯之一第一特徵，該方法包含如下步驟：(i)使用該量測探針以判定一第一特徵之位置， (ii)將該第一可旋轉部分旋轉一角度至一新位置，(iii)使用該量測探針以判定該第一特徵之新位置，及(iv)判定該第一可旋轉部分與該第二可旋轉部分之旋轉軸線的相對位移。
  16. 一種判定作為沿一車床之一平移軸線之位移的一函數之一第一可旋轉部分的一旋轉軸線之一位置的方法，該車床具有一用於固持一工件之第一可旋轉部分，該第一可旋轉部分具有與其相關聯之一第一特徵，該方法包含如下步驟：(A)判定該第一可旋轉部分之該旋轉軸線的該位置，該判定包含如下子步驟：(i)使用一量測探針以判定該第一特徵之一位置，(ii)將該第一可旋轉部分旋轉一角度至一新位置，及(iii)使用該量測探針以判定該第一特徵之新位置，(B)沿該平移軸線平移量測探針及該第一可旋轉部分中之至少一者，及(C)重複步驟(A)。
  17. 如請求項16之方法，且其進一步包含步驟(D)：判定該第一可旋轉部分之該旋轉軸線相對於該車床之一軸線的角度對準。
  18. 一種對準一回轉軸線車床之方法，該車床具有一用於固持一工件之第一可旋轉部分，及一用於固持一工具或工具附件之第二可旋轉部分，其中該第一可旋轉部分之旋轉軸線可相對於該第二可旋轉部分之旋轉軸線傾斜，且 該第一可旋轉部分具有一與其相關聯之第二特徵，該方法包含如下步驟：(a)取得一回轉軸線車床，其中該第一可旋轉部分之該旋轉軸線與該第二可旋轉部分之該旋轉軸線的相對位移已使用如請求項15之方法來判定，(b)使用由該第二可旋轉部分固持的一量測探針以判定該第二特徵之位置，及(c)改變該第一可旋轉部分之該旋轉軸線與該第二可旋轉部分之該旋轉軸線之間的傾斜，且重複步驟(b)。
  19. 如請求項18之方法，其中該回轉軸線車床包含一回轉頭車床，且該第二可旋轉部分由回轉頭承載，其中步驟(c)包含旋轉該回轉頭至一不同的方位及重複步驟(b)。
  20. 如請求項18之方法，其包含判定該第一可旋轉部分之該旋轉軸線與該第二可旋轉部分之該旋轉軸線之間的樞軸點位置的步驟。
  21. 如請求項18之方法，其包含判定作為該第一可旋轉部分與該第二可旋轉部分之該等旋轉軸線之間的相對傾斜之一函數的工具偏移誤差的步驟。
  22. 如請求項18之方法，其中以該第二特徵與該第二可旋轉部分之間的一不同的位移來重複步驟(b)。
  23. 如請求項22之方法，其中使用兩個或兩個以上針尖來重複步驟(b)，每一針尖具有一自該第二可旋轉部分之不同位移。
  24. 如請求項23之方法，其中使用一多尖端觸針執行步驟(b)。
  25. 如請求項23之方法，其中使用兩個不同長度之觸針執行步驟(b)。
  26. 如請求項22之方法，其中使用該量測探針之該觸針之柄執行步驟(b)至少一次，以判定該第二特徵之位置。
  27. 如請求項22之方法，其包含判定作為工具長度及該第一可旋轉部分與該第二可旋轉部分之該等旋轉軸線之間的該相對傾斜之一函數的工具偏移誤差的步驟。
  28. 如請求項18之方法，其中一共用特徵提供第一特徵及該第二特徵。
  29. 如請求項18之方法，其中該第二特徵包含一基準球體。
  30. 如請求項18之方法，其中該第二特徵包含一包含兩個或兩個以上基準球體之軸。
  31. 一種自動車床裝置，其經適宜地程式化以實施一如前述請求項1至13中任一項之方法。
  32. 一種非暫態電腦可讀取媒體，該可讀取媒體具有一用於控制一車床之電腦程式，該電腦程式在載入一合適的車床之電腦控制器中時，使得該機床可實施如請求項1至13中任一項之方法。
  33. 一種自動車床裝置，其經適宜地程式化以實施一如前述請求項14之方法。
  34. 一種非暫態電腦可讀取媒體，該可讀取媒體具有一用於控制一車床之電腦程式，該電腦程式在載入一合適的車床之電腦控制器中時，使得該機床可實施如請求項14之方法。
  35. 一種自動車床裝置，其經適宜地程式化以實施一如請求項15之方法。
  36. 一種非暫態電腦可讀取媒體，該可讀取媒體具有一用於控制一車床之電腦程式，該電腦程式在載入一合適的車床之電腦控制器中時，使得該機床可實施如請求項15之方法。
  37. 一種自動車床裝置，其經適宜地程式化以實施一如請求項16或17之方法。
  38. 一種非暫態電腦可讀取媒體，該可讀取媒體具有一用於控制一車床之電腦程式，該電腦程式在載入一合適的車床之電腦控制器中時，使得該機床可實施如請求項16或17之方法。
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