WO2022254050A1 - Method for estimating errors in the positioning of a rotary head in a precision machine, and precision machine - Google Patents

Method for estimating errors in the positioning of a rotary head in a precision machine, and precision machine Download PDF

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WO2022254050A1
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angle
precision machine
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error values
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PCT/ES2021/070401
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Eneko Gomez-Acedo
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Fundación Tekniker
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Definitions

  • the present invention relates to the field of precision machines. More particularly, the invention relates to both methods and precision machines capable of estimating errors in the positioning of a rotary head of a precision machine. In some cases, precision machines and methods can also reduce such errors.
  • Precision machines for example, machine tools, positioning machines, robots with serial or parallel kinematics, bin picking machines, or any other machine with any number of axes of rotation, are machines widely used to achieve a precise positioning of the tool or the end effector, which, for example, in the case of machine tools is essential for the correct manufacturing of the part within tolerances.
  • precision machines incorporate one or more tools or end effectors to perform different processing operations. Each selected tool must be arranged in the head of the precision machine when the operation is to be performed, for example, when a machine tool manufactures a workpiece.
  • the head incorporates a plurality of members, each of which can rotate with respect to the other members around an axis of rotation.
  • a technique currently used to reduce the effect of this problem is the calibration of the rotary head at specific and discrete positions of rotation, that is, specific angle combinations, by means of a probe disposed in the head that comes into contact with a reference sphere.
  • These specific angle combinations are most commonly used when processing a workpiece, so when these combinations are set in the spindle, the positioning error can be corrected by knowing the error during the calibration procedure.
  • uncalibrated angle combinations are established (for example, in 5-axis continuous manufacturing), no such error has been determined for them, and therefore the error cannot be corrected. This, in turn, results in the processing of a workpiece with the error of positioning of the tool presented by the swivel head for that combination of angles.
  • a first aspect of the invention refers to a method for estimating at least errors in the positioning of a rotary head of a precision machine, comprising: - equipping the rotary head precision machine, the rotary head comprising at least one first and second members, the first member being coupled to the precision machine such that the first member is rotatable about a first axis, and the second member being coupled to the first member such that the second member is rotatable about a second axis;
  • the rotary head presenting different combinations of the first and second angles, the first angle being the angle of the first member around the first axis, and the second angle being the angle of the second member about the second axis;
  • each error value being a difference between a determined position and a predetermined reference position for the center of the reference sphere along the direction of one of the three linear axes, all three being recorded error values together with data indicative of each combination of the first and second angles of the rotary head when the reference sphere is contacted with the contact probe; - removing the contact probe from the second member and arranging a tool on the second member; Y
  • the rotary head presenting a combination of a first target angle, as the first angle, and a second target angle, as the second angle, and the tool being arranged therein, said otherwise, when a workpiece is processed or to be processed by the tool and the rotary head exhibits the target first and second angle combination: digitally retrieve a plurality of recorded errors whose first and second angle combinations are closest to each other to the first and second target angles, respectively, each digitally recovered recorded error comprising its respective three error values; and digitally estimating the error values along the direction of each linear axis for the combination of the first and second target angles by interpolating the error values of the plurality of digitally retrieved recorded errors as a function of the respective combinations of the first and second angles.
  • the present method makes it possible to estimate the positioning errors of the rotary head and therefore of the tool arranged therein, thus making it possible to determine if the processing of the workpiece will not be correct.
  • the errors can be estimated for combinations that have not been calibrated, in other words, for combinations of angles other than those used when contacting the reference sphere (which is used as a calibration sphere) with the contact probe, the last combinations being the calibrated ones
  • Said estimation can be carried out by means of a numerical control device of the precision machine, for example, a numerical control, a programmable logic controller, etc.
  • the precision machine can be a machine tool, a positioning machine, a robot with serial or parallel kinematics, a machine for extracting parts from containers, or any other precision machine arranged with any number of axes of rotation.
  • the position of the center of the sphere is determined digitally based on this measurement, then an additional contact of the reference sphere is made with the contact probe while the rotary head presents another combination of the first and second angles, and it is determined again the position of the center of the sphere digitally based on said measurement.
  • the process is repeated a plurality of times to calibrate a plurality of combinations of the first and second angles.
  • Each given position will be offset from the expected position (i.e., the default reference position for the center of the reference sphere) due to imperfect rotation of the members, causing an offset in the position of one or both members first and second, thus also displacing the tool from its expected position.
  • the expected position is the position where the center of the reference sphere would have to be if the member or members had not been displaced; preferably, the predetermined reference position is the determined position of the center of the reference sphere when the angular positioning error of both the first and the second angle is zero, since in that case there is little or no movement of the head.
  • Each error comprises three error values, one for each of the three linear axes, preferably of a global Cartesian coordinate system; In other words, an error value for the X axis, an error value for the Y axis, as well as an error value for the Z axis.
  • the precision machine can subsequently retrieve the set of three error values for any combination of the first and second angles used in contacting the reference sphere during calibration.
  • the precision machine can recover those errors to estimate the three error values for any other combination than the first and second angles, for example, a combination of the first and second target angles.
  • a number of errors (each with the three respective error values) is retrieved, eg two, three, four, five or even more errors.
  • these errors are provided for combinations of the first and second angles that most closely approximate the combination of the first and second target angles, namely, the angular distance between the combination of the first and second angles is as short as possible with respect to the combination of the first and second target angles.
  • the recovery from certain errors is such that the interpolation of the error values to be estimated can be as accurate as possible.
  • the digital retrieval and digital estimation steps are performed after selecting the combination of the first and second target angles. In some of these embodiments, the digital retrieval and digital estimation steps are performed during the tooling step of processing the workpiece.
  • the three error values can be estimated during the use of the precision machine and continuously.
  • the error values can be estimated each time a new combination of the first and second target angles is selected, therefore the process can be in real time or near real time so that corrective action can be taken. during the operation of the precision machine, and even during the processing of the workpiece.
  • the method further comprises moving the precision machine to compensate for the three digitally estimated error values; for this purpose, one, two or all three linear axes can be moved precision machine movables to compensate for the error.
  • the moving step takes place before the workpiece processing step. In some of these embodiments, the moving step takes place during the workpiece processing step. Based on the estimated error values, corrective measures are taken by moving the precision machine along its three linear axes (X, Y, Z), so as to compensate for the error as estimated. Consequently, the precision machine moves along each linear axis by the estimated amount, but with the opposite sign, that is, in the opposite direction. This corrective action is possible because the error values are estimated and can be provided in real time.
  • the method further comprises converting digitally estimated error values from a global Cartesian coordinate system to a precision machine Cartesian coordinate system; and the movement of the precision machine is based on the error values of the global coordinate system converted to the local coordinate system of the precision machine.
  • the digitally estimated error values can be recorded in the global Cartesian coordinate system so that they can be more easily used regardless of the tool used on the precision machine.
  • Each precision machine tool can result in a Cartesian machine coordinate system that is different from the Cartesian machine coordinate system when another tool is used due to how the tools are operated.
  • their error values are converted to the Cartesian coordinate system of the machine and corrective action is taken in the form of moving the precision machine in accordance with the converted error values.
  • the plurality of logged errors that is digitally retrieved are four logged errors (each of the four logged errors comprising the three error values) whose combinations of the first and second angles most closely approximate the first and second target angles, respectively. .
  • each of the four recorded errors has a combination of the first and second angles such that the first and second target angles are within the values of the four recorded combinations and most closely approximate the first and second angles, each one with its respective error (each of the four recorded errors comprising the three error values).
  • TA and TB are the first and second objective angles, respectively;
  • A1 and B1 are the first and second angles of the digitally recovered first error combination, respectively;
  • A2 and B2 are the first and second angles of the digitally recovered second error combination, respectively;
  • A3 and B3 are the first and second angles of the digitally recovered third error combination, respectively;
  • A4 and B4 are the first and second angles of the digitally recovered fourth error combination, respectively.
  • each pair of angles An and Bn of a digitally recovered error (where n is the nth error recovered) is such that it meets the criterion respective previous one and is the one that most closely approximates the pair of angles TA and TB.
  • the interpolation used for the digital estimate has the three different four-sided error values, so that the estimate strikes a compromise between simplicity (because interpolation with four points arranged in this way is computationally simple) and precision. .
  • the interpolation to digitally estimate the error value along the direction of each linear axis is or comprises bilinear interpolation.
  • the combination of the first and second target angles is not any combination used in the contact stage, i.e. it is not any combination of the rotary head. when the reference sphere is contacted with the contact probe.
  • the method further comprises selecting the combination of the first and second target angles (from the stage before and/or during processing of a workpiece).
  • the method further comprises the step of processing the workpiece (the rotary head presenting the combination of the first target angle, as the first angle, and the second target angle, as the second angle, and the tool arranged therein). ).
  • the tool is a milling machine or a drilling machine.
  • a second aspect of the invention relates to a precision machine (for example, a machine tool, a positioning machine, a robot with serial or parallel kinematics, a part extraction machine of containers, or any other precision machine arranged with any number of axes of rotation) comprising:
  • a rotary head comprising at least a first and a second member, the first member being coupled to the precision machine such that the first member rotates about a first axis, and the second member being coupled to the first member such that the second member can rotate about a second axis;
  • control device for example a numerical control device, configured to at least: change the first and second angles of the rotary head, the first angle being the angle of the first member around the first axis, the second angle being the angle of the second member around the second axis; moving the precision machine when the contact probe is attached to the second member to contact a reference sphere a plurality of times, the rotary head presenting different combinations of the first and second angles; determining a position of a center of the reference sphere for each combination of the first and second angles of the rotary head when the reference sphere is contacted with the contact probe; recording error values, each error value being a difference between a given position and a predetermined reference position for the center of the reference sphere, the error values being recorded together with data indicative of each combination of the first and second angles of the rotary head when the reference sphere is contacted with the contact probe; processing a workpiece by moving the precision machine both when the tool is attached to the second member and when the rotary head exhibits a combination of a first target angle
  • the precision machine is capable of estimating the error present in the positioning of the rotating head and, therefore, in the positioning of a tool arranged in it, depending on the use of the contact probe in the reference sphere and the device of control.
  • the control device which can be, for example, a programmable logic controller, determines the error present in the positioning when it commands the movement of the precision machine (that is, it commands the movement of one, two or all three axes). moving lines of the same) so that the contact probe enters into contact with the reference sphere for various angular configurations of the rotating head.
  • the control device is then able to estimate the error for other angular configurations of the rotary head even if they have not been selected when the contact probe measures the reference sphere.
  • the error estimate for each such angular configuration is achieved by interpolation of the error values provided during the contact phase.
  • the precision machine further comprises the reference sphere.
  • control device is further configured to adjust the movement of the precision machine before and/or during processing of the workpiece to compensate for the estimated error value.
  • the control device commands the precision machine to move on one, two, or all three of its movable linear axes to compensate for the error.
  • control device retrieves the plurality of recorded errors and estimates the error values before and/or during processing of the workpiece.
  • control device is further configured to convert the estimated error values from a global Cartesian coordinate system to a precision machine Cartesian coordinate system; and the adjustment of the movement of the precision machine is based on the error values converted to the Cartesian coordinate system of the precision machine.
  • the plurality of logged errors that are recovered is four logged errors.
  • each of the four recorded errors has a combination of the first and second angles, such that the combination is in a different quadrant of four quadrants surrounding the combination of the first and second target angles.
  • the interpolation to estimate the error value along the direction of each linear axis is or comprises bilinear interpolation.
  • control device is configured to perform error estimation automatically. Furthermore, in some of these embodiments, the control device is configured to automatically compensate for the error.
  • the tool is a milling machine or a drilling machine.
  • a third aspect of the invention relates to a computer program product having instructions that, when executed by a control device of a precision machine (for example, a machine tool, a positioning machine, a robot with kinematics in series or parallel, etc.), comprising a rotary head with a first member coupled to the precision machine such that the first member can rotate about a first axis, and a second member coupled to the first member such that the second member can rotate about a second axis, cause the control device to command: - contacting a reference sphere with a contact probe arranged in the rotary head a plurality of times, the rotary head presenting different combinations of the first and second angles, the first angle being the angle of the first member around the first axis, the second being angle the angle of the second member around the second axis;
  • a precision machine for example, a machine tool, a positioning machine, a robot with kinematics in series or parallel, etc.
  • each error value being a difference between a determined position and a predetermined reference position for the center of the reference sphere along one of the three linear axes, the three error values being recorded together with data indicative of each combination of the first and second angles of the rotary head when the reference sphere is contacted with the contact probe; - retrieving a plurality of recorded errors whose combinations of the first and second angles are closest to the first and second target angles, respectively, of a combination used or to be used by the rotary head to process a workpiece, each error comprising registered digitally retrieved their respective three error values; Y
  • the precision machine estimates the positioning errors of the rotary head that exist due to the rotations thereof, and preferably also moves the precision machine itself based on the estimated error values to correct them.
  • the instructions cause the control device to command recovery and estimation after commanding the selection of the combination of the first and second target angles.
  • the instructions cause the control device to command retrieval and estimation before and/or when commanding processing of a workpiece with the precision machine while a tool is being arranged in the rotary head.
  • the instructions further cause the control device to command the precision machine to move to compensate for the estimated error values. In some embodiments, the instructions further cause the control device to command to convert the estimated error values from a global Cartesian coordinate system to a precision machine Cartesian coordinate system; and the commanded movement of the precision machine is based on the error values converted to the Cartesian coordinate system of the precision machine.
  • the interpolation to estimate the error value along the direction of each linear axis is or comprises bilinear interpolation.
  • the combination of the first and second target angles (used or to be used by the rotary head for processing a work piece) is not any combination used when contacting the reference sphere with the contact probe.
  • the instructions further cause the control device to command to select the combination of the first and second target angles.
  • the first and second target angle pair of the selected combination does not match the first and second angle pair of any combination used when contacting the reference sphere with the contact probe.
  • the plurality of logged errors that is digitally retrieved are four logged errors (each of the four logged errors comprising the three error values) whose combinations of the first and second angles most closely approximate the first and second target angles, respectively. .
  • each of the four recorded errors exhibits a combination of the first and second angles, such that the combination is in a different quadrant of four quadrants surrounding the combination of the first and second target angles.
  • the computer program product is embedded on a non-transient computer-readable medium.
  • FIG. 1 schematically shows a cross section of a rotary head of a precision machine, in which both axes of rotation and a positioning error have been represented.
  • Fig. 2 schematically shows a cross section of a rotary head of a precision machine with a contact probe arranged therein to contact a reference sphere according to the embodiments.
  • Figure 3 schematically shows the error values recorded according to the embodiments after contacting a reference sphere, as illustrated in Figure 2.
  • Fig. 4 illustrates the estimation of the values of an error according to the embodiments.
  • Figures 5A to 5D illustrate the calculation of a bilinear interpolation in accordance with the embodiments.
  • Figures 6 and 7 schematically show the coordinate systems of a precision machine when some tools are respectively arranged therein.
  • Figure 1 schematically shows a cross section of a rotary head 20 of a precision machine 10, such as a machine tool.
  • the rotary head 20 comprises a first member 22, which is coupled to the precision machine 10, and a second member 24 coupled to the first member 22.
  • the precision machine 10 comprises a control device 100, for example a numerical control, which operates the rotary head 20.
  • the first member 22 is coupled to the machine 10 such that the first member 22 is rotatable with respect to the machine 10 about a first axis 31 defined between both the first member 22 and the precision machine 10 (shown with dashed lines). for illustrative purposes only).
  • the possible rotation of the first member 22 is illustrated by means of the arrow 30.
  • a first angle indicative of the angular displacement of the first member 22 with respect to the first axis 31 is formed; the first angle corresponds to a rotation around the Z' axis (numbered 31 in the drawing) contained in the drawing plane (in this case, the axis is the intersection between the XZ and ZY planes).
  • the second member 24 is coupled to the first member 22 such that the second member 24 is rotatable relative to the first member 22 about a second axis 41 which forms 45° in the Y'Z' plane between the second member 24 and the first. member 22 (shown with dashed lines for illustrative purposes only).
  • the possible rotation of the second member 24 is illustrated by arrow 40.
  • a tool 50 for example, a milling machine, a drilling machine, or a different tool used in a precision machine as known in the art
  • the precision machine 10 can be arranged at one end of the second member 24 so that it can process a workpiece 55.
  • the point of intersection 46 between the axes 31 and 41 can be displaced due to misalignment of the rotary head 20. Consequently, the point 46 of the axis can be moved. This, in turn, can also cause displacement of the second axis 41, thus producing the displaced second axis 42.
  • This additional or reciprocating displacement results in a positioning error (or additional positioning error) of the rotary head 20 and consequently of the tool 50 arranged therein, thus affecting how the tool 50 processes the workpiece 55.
  • FIG. 1 schematically shows a cross section of a rotary head 20 of a precision machine 10.
  • the rotary head 20 has a contact probe 51 arranged therein.
  • the control device 100 commands the movable linear axes of the precision machine 10 to move so that the probe 51 comes into contact with a reference sphere 60, which may be part of the precision machine 10, for the purposes of calibration.
  • Each movable linear axis moves along one of the X, Y and Z' axes.
  • the contact probe 51 For the calibration to be effective, the contact probe 51 must come into contact multiple times with the reference sphere 60, presenting the rotating head 20 different combinations of the first and second angles A and B. In this sense, each time it is configured a combination of the first and second angles A and B on the rotary head 20, the contact probe 51 contacts the reference sphere 60 one or more times (depending on whether the contact probe 51 makes a continuous measurement on the surface of the sphere 60 or measured several times on different parts of the surface of the sphere 60) and based on the measurement of the contact probe 51, a control device 100 will numerically determine the position of the center of the reference sphere 60 for said combination of the first and second angles A and B of the rotary head 20, as shown know in the art; then the same procedure is repeated one or more times with a different combination of the first and second angles A and B, and the position of the center of the reference sphere 60 will be determined numerically according to the respective measurement.
  • the center of the reference sphere 60 can be determined digitally (with the control device 100) each time, as is known in the art.
  • An error value along the direction of each linear axis can then be computed for each of these determined centers by calculating a difference between each given determined center and a predetermined reference position for the center of the reference sphere 60
  • the predetermined reference position is preferably the center of the reference sphere 60 determined after contacting the reference sphere 60 with the probe 51 and the first and second angles A and B are both, for example, 0°. Therefore, all error values refer to said predetermined reference position and are calculated as:
  • ⁇ p_x, ep_y, and ep_z are the error values for the X, Y, and Z coordinates in a Cartesian coordinate system, preferably a global Cartesian coordinate system, with the first angle A equal to angle a (i.e., alpha) and the second angle B equal to b (beta);
  • P center.x, P center.y, and P center.z are the X, Y, and Z coordinates (in the same Cartesian coordinate system) of the determined positions of the center of the reference sphere 60 for the first and second angles indicated A and B.
  • the default reference position is the determined position of the center when the first and second angles A and B are both 0°, but other combinations of the first and second angles are also possible, including combinations in where A and B do not have the same value.
  • the control device 100 can digitally record the three coordinates for the same error, together in the form of a 3D vector, or separately, for example, as the example illustrated in Figure 3; Regardless of how the errors are digitally recorded, the errors are always recorded with reference to the values of the first and second angles A and B and include the three respective error values, one along each of the three axes.
  • the control device 100 can estimate the error for other combinations of the first and second angles A and B, that is, pairs of the first and second angles A and B not established in the rotary head 20 during calibration. . To this end, the control device 100 interpolates the three error values for each of said other combinations from the error values of the calibrated combinations of the first and second angles A and B. Preferably, control device 100 moves one or more of the three movable linear axes of precision machine 10 based on interpolated error values to compensate for them when processing a workpiece.
  • Figure 3 schematically shows the error values ⁇ p_x, ep_y, ep_z recorded according to the embodiments.
  • the error values ⁇ p_x, ep_y, and ep_z are recorded by the control device (for example, the control device 100 of Figures 1 and 2) in three different tables or graphs 70, 71, 72, each table or graph corresponding graph to a different Cartesian coordinate, that is, the X, Y, and Z coordinates.
  • the first table or graph 70 corresponds to the X coordinate
  • the second table or graph 71 corresponds to the Y coordinate
  • the third table or Graph 72 corresponds to the Z coordinate.
  • error values ⁇ p_x, ep_y, and ep_sze have been represented by a square in the first table or graph 70, a triangle in the second table or graph 71, and a circle in the third table or graph 72, but it is clear that each of these error values ⁇ p_x, ep_y, and ep_z is a numerical value that can be positive or negative.
  • Figure 4 illustrates how error values of angular positions other than those used during initial calibration can be estimated according to the embodiments.
  • Combination 95 corresponds to a combination er (which can be ⁇ p_x, ep_y, and ep_z of a first target angle A and a second target angle B to which the rotary head of a precision machine must be set or has been set to process a workpiece with a tool.
  • the first target angle A is Aii
  • the second target angle B is Bjj.
  • the control device of a precision machine has digitally retrieved the four combinations 91-94 of the first and second angles A and B that most closely approximate the combination er for which their three error values have been digitally recorded.
  • the four combinations 91-94 are called ⁇ (i,j), ⁇ (i,j+1), ⁇ (i+1,j) and ⁇ (i+1,j+1), each with a prime angle A equal to either A(i) or A(i+1), and each with a second angle B equal to either B(j) or B(j+1).
  • the control device interpolates the three error values corresponding to each of the four digitally recovered combinations, such that the error values along the same linear axis they are interpolated independently of the error values along the other two linear axes.
  • the interpolation is performed taking into account the angular distance of the combination with the error er to each of the four digitally recovered combinations, thus, in this example, the error values of the combination 91 will have the greatest contribution in the estimate of the error value of combination er, then the error value of combination 93, then the error value of combination 92, and finally the error value of combination 94 will be the one with the lower contribution due to the greater distance to the combination er.
  • Each of the three error coordinates, ie, the three error values is interpolated in this manner to provide the three error value coordinates for the combination er.
  • fewer combinations eg, two, three
  • their three error values are digitally retrieved for interpolation, or more combinations (eg, five, six, etc.) and their three error values are digitally retrieved. for interpolation.
  • Figures 5A to 5D illustrate calculation estimation of a bilinear interpolation according to the embodiments.
  • Bilinear interpolation must be calculated to estimate the error value of a combination of the first and second target angles as angles A and B, of a rotary head.
  • the interpolation should be based on four combinations 91-94 that have been calibrated, i.e. the respective combinations of angles A and B that were set on the rotary head when a contact probe was brought into contact with a reference sphere for Determine numerically the center of the sphere.
  • the calculation of the bilinear interpolation can be performed by first calculating e1 , then ⁇ 2 and finally er for each of the three error values; in this sense, for calculations, triangles can be defined at the top, at the bottom and to the right. The same triangles are shown in Figures 5B, 5C and 5D for clarity only.
  • Fig. 6 schematically shows the coordinate system of a precision machine 10 when some tools are arranged on the second member, as the tool thereof.
  • the transformations of the error corrections may have to be done depending on the configuration of the 10 precision machine and/or the configuration of the tool, for example, depending on the models of the tools used, which have different hardware configurations/ software.
  • the transformations described with reference to this figure and to figure 7 can be applied to error corrections when the precision machine 10 is using a milling configuration or a drilling configuration.
  • Fig. 7 schematically shows the coordinate system of a precision machine 10 when some tools are arranged on the second member, as the tool thereof.
  • the X'Y'Z coordinate system of the precision machine 10 is such that the tool coincides with the -Z axis (ie, negative Z).
  • the X'Y'Z coordinate system of the machine 10 and the global XYZ coordinate system coincide.
  • first, second, third, etc. have been used herein to describe various devices, items, or parameters, it is understood that devices, items, or parameters should not be limited by these terms, as the terms are only used to distinguish one device, element or parameter from another.
  • the first member could also be called the second member, and the second member could be called the first member without departing from the scope of this disclosure.

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Abstract

A method for estimating errors in the positioning of a rotary head in a precision machine, comprising: bringing a reference sphere and a contact probe into contact with one another a plurality of times, the rotary head presenting different combinations of first and second angles of first and second head members; determining the position of the centre of the reference sphere for the plurality of combinations of the first and second angles of the rotary head in the contact step; recording the error values together with indicative data for each combination of the first and second angles of the rotary head when the reference sphere comes into contact with the contact probe; prior to and/or during the processing of a workpiece, the rotary head presenting a combination of a first target angle as the first angle and a second target angle as the second angle, and with the tool disposed on the head: recovering a plurality of recorded errors for which the combinations of the first and second angles are closest to the first and second target angles, respectively; and estimating the error values along the direction of each linear axis for the current combination of the first and second target angles, interpolating the error values of the plurality of digitally-recovered recorded errors that are the closest according to the respective combinations of the first and second angles.

Description

MÉTODO PARA ESTIMAR ERRORES EN EL POSICIONAMIENTO DE UN METHOD TO ESTIMATE ERRORS IN THE POSITIONING OF A
CABEZAL GIRATORIO DE UNA MÁQUINA DE PRECISIÓN Y MAQUINA DEROTATING HEAD OF A PRECISION MACHINE AND MACHINE
PRECISIÓN PRECISION
CAMPO TÉCNICO TECHNICAL FIELD
La presente invención se refiere al campo de las máquinas de precisión. Más particularmente, la invención se refiere tanto a métodos como a máquinas de precisión capaces de estimar errores en el posicionamiento de un cabezal giratorio de una máquina de precisión. En algunos casos, los métodos y las máquinas de precisión también pueden reducir dichos errores. The present invention relates to the field of precision machines. More particularly, the invention relates to both methods and precision machines capable of estimating errors in the positioning of a rotary head of a precision machine. In some cases, precision machines and methods can also reduce such errors.
ESTADO DE LA TÉCNICA STATE OF THE ART
Las máquinas de precisión, por ejemplo, las máquinas herramienta, las máquinas de posicionamiento, los robots con cinemática en serie o en paralelo, las máquinas de extracción de piezas de contenedores "bin picking", o cualquier otra máquina dispuesta con cualquier número de ejes de rotación, son máquinas ampliamente utilizadas para lograr un posicionamiento preciso de la herramienta o del efector final, que, por ejemplo, en el caso de las máquinas herramienta es esencial para la correcta fabricación de la pieza dentro de las tolerancias. En este sentido, las máquinas de precisión incorporan una o más herramientas o efectores finales para realizar diferentes operaciones de procesamiento. Cada herramienta seleccionada se debe disponer en el cabezal de la máquina de precisión cuando se va a realizar la operación, por ejemplo, cuando una máquina herramienta fabrica una pieza de trabajo. Precision machines, for example, machine tools, positioning machines, robots with serial or parallel kinematics, bin picking machines, or any other machine with any number of axes of rotation, are machines widely used to achieve a precise positioning of the tool or the end effector, which, for example, in the case of machine tools is essential for the correct manufacturing of the part within tolerances. In this sense, precision machines incorporate one or more tools or end effectors to perform different processing operations. Each selected tool must be arranged in the head of the precision machine when the operation is to be performed, for example, when a machine tool manufactures a workpiece.
Muchas máquinas de precisión incorporan un cabezal giratorio para que la herramienta pueda alcanzar diferentes partes de la pieza de trabajo y/o con diferentes ángulos. Con este fin, el cabezal incorpora una pluralidad de miembros, de los cuales, cada uno, puede girar con respecto a los otros miembros alrededor de un eje de rotación. Aunque las máquinas de precisión han mejorado en las últimas décadas, todavía sufren errores de posicionamiento cuando se gira el cabezal, procesando así las piezas de trabajo de forma incorrecta. Many precision machines incorporate a swivel head so that the tool can reach different parts of the workpiece and/or with different angles. To this end, the head incorporates a plurality of members, each of which can rotate with respect to the other members around an axis of rotation. Although precision machines have improved in recent decades, they still suffer from positioning errors when the spindle is rotated, thus processing workpieces incorrectly.
Las diferencias entre la posición esperada y la posición real de la herramienta afectan negativamente a las piezas de trabajo resultantes porque las piezas de trabajo deben procesarse con alta precisión para que sean completamente funcionales y/o cumplan ciertos requisitos de calidad. Este problema generalmente se exacerba cuanto mayor es el número de grados de libertad existentes en la máquina de precisión y el cabezal de la misma como resultado de posibles rotaciones. Differences between the expected position and the actual position of the tool negatively affect the resulting work pieces because the work pieces must be processed with high precision to be fully functional and/or meet certain quality requirements. This problem is generally exacerbated the higher the number of degrees of freedom existing in the precision machine and its head as a result of possible rotations.
Una técnica utilizada actualmente para reducir el efecto de este problema es la calibración del cabezal giratorio en posiciones de rotación específicas y discretas, es decir, combinaciones de ángulos específicos, mediante una sonda dispuesta en el cabezal que entra en contacto con una esfera de referencia. Estas combinaciones de ángulos específicos son las de uso más común cuando se procesa una pieza de trabajo, así, cuando se establecen estas combinaciones en el cabezal, el error de posicionamiento puede corregirse debido al conocimiento de dicho error durante el procedimiento de calibración. Sin embargo, cuando se establecen combinaciones de ángulos no calibrados (por ejemplo, en la fabricación continua de 5 ejes), no se ha determinado tal error para las mismas y, por lo tanto, el error no se puede corregir. Esto, a su vez, tiene como resultado el procesamiento de una pieza de trabajo con el error de posicionamiento de la herramienta que presenta el cabezal giratorio para esa combinación de ángulos. A technique currently used to reduce the effect of this problem is the calibration of the rotary head at specific and discrete positions of rotation, that is, specific angle combinations, by means of a probe disposed in the head that comes into contact with a reference sphere. These specific angle combinations are most commonly used when processing a workpiece, so when these combinations are set in the spindle, the positioning error can be corrected by knowing the error during the calibration procedure. However, when uncalibrated angle combinations are established (for example, in 5-axis continuous manufacturing), no such error has been determined for them, and therefore the error cannot be corrected. This, in turn, results in the processing of a workpiece with the error of positioning of the tool presented by the swivel head for that combination of angles.
Es necesario una mayor precisión en el procesamiento de las piezas de trabajo para la mayoría o la totalidad del área de trabajo del cabezal giratorio porque la calibración de ángulos muy específicos se considera insuficiente.Higher accuracy in processing workpieces is necessary for most or all of the rotary head's working area because calibration of very specific angles is considered insufficient.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN DESCRIPTION OF THE INVENTION
Un primer aspecto de la invención se refiere a un método para estimar al menos errores en el posicionamiento de un cabezal giratorio de una máquina de precisión, que comprende: - dotar a la máquina de precisión del cabezal giratorio, comprendiendo el cabezal giratorio al menos un primer y un segundo miembros, estando el primer miembro acoplado a la máquina de precisión de manera que el primer miembro puede girar alrededor de un primer eje, y estando el segundo miembro acoplado al primer miembro de manera que el segundo miembro puede girar alrededor de un segundo eje; A first aspect of the invention refers to a method for estimating at least errors in the positioning of a rotary head of a precision machine, comprising: - equipping the rotary head precision machine, the rotary head comprising at least one first and second members, the first member being coupled to the precision machine such that the first member is rotatable about a first axis, and the second member being coupled to the first member such that the second member is rotatable about a second axis;
- disponer una sonda de contacto en el segundo miembro (por ejemplo, en el portaherramientas); - arranging a contact probe on the second member (for example, on the tool holder);
- contactar una esfera de referencia con la sonda de contacto una pluralidad de veces, presentando el cabezal giratorio diferentes combinaciones del primer y segundo ángulos, siendo el primer ángulo el ángulo del primer miembro alrededor del primer eje, y siendo el segundo ángulo el ángulo del segundo miembro alrededor del segundo eje; - contacting a reference sphere with the contact probe a plurality of times, the rotary head presenting different combinations of the first and second angles, the first angle being the angle of the first member around the first axis, and the second angle being the angle of the second member about the second axis;
- determinar digitalmente la posición del centro de la esfera de referencia para cada combinación del primer y segundo ángulos del cabezal giratorio de la etapa de contacto, es decir, se determina el centro para cada combinación del cabezal giratorio cuando la sonda de contacto ha contactado con la esfera de referencia en la etapa de contacto; digitally determining the position of the center of the reference sphere for each combination of the first and second angles of the rotary head of the contact stage, that is, the center is determined for each combination of the rotating head when the contact probe has contacted the reference sphere in the contact stage;
- registrar digitalmente los valores de error, siendo cada valor de error una diferencia entre una posición determinada y una posición de referencia predeterminada para el centro de la esfera de referencia a lo largo de la dirección de uno de los tres ejes lineales, registrándose los tres valores de error junto con los datos indicativos de cada combinación del primer y segundo ángulos del cabezal giratorio cuando la esfera de referencia es contactada con la sonda de contacto; - retirar la sonda de contacto del segundo miembro y disponer una herramienta en el segundo miembro; y - digitally recording the error values, each error value being a difference between a determined position and a predetermined reference position for the center of the reference sphere along the direction of one of the three linear axes, all three being recorded error values together with data indicative of each combination of the first and second angles of the rotary head when the reference sphere is contacted with the contact probe; - removing the contact probe from the second member and arranging a tool on the second member; Y
- antes y/o durante el procesamiento de una pieza de trabajo con el cabezal giratorio presentando una combinación de un primer ángulo objetivo, como primer ángulo, y un segundo ángulo objetivo, como segundo ángulo, y estando la herramienta dispuesta en el mismo, dicho de otra forma, cuando se procesa una pieza de trabajo o se va a procesar con la herramienta y el cabezal giratorio presenta la combinación del primer y segundo ángulos objetivo: recuperar digitalmente una pluralidad de errores registrados cuyas combinaciones del primer y segundo ángulos se aproximan más al primer y segundo ángulos objetivo, respectivamente, comprendiendo cada error registrado recuperado digitalmente sus respectivos tres valores de error; y estimar digitalmente los valores de error a lo largo de la dirección de cada eje lineal para la combinación del primer y segundo ángulos objetivo interpolando los valores de error de la pluralidad de errores registrados recuperados digitalmente en función de las respectivas combinaciones del primer y segundo ángulos. - before and/or during processing of a workpiece with the rotary head presenting a combination of a first target angle, as the first angle, and a second target angle, as the second angle, and the tool being arranged therein, said otherwise, when a workpiece is processed or to be processed by the tool and the rotary head exhibits the target first and second angle combination: digitally retrieve a plurality of recorded errors whose first and second angle combinations are closest to each other to the first and second target angles, respectively, each digitally recovered recorded error comprising its respective three error values; and digitally estimating the error values along the direction of each linear axis for the combination of the first and second target angles by interpolating the error values of the plurality of digitally retrieved recorded errors as a function of the respective combinations of the first and second angles.
El presente método permite estimar los errores de posicionamiento del cabezal giratorio y, por tanto, de la herramienta dispuesta en el mismo, haciendo así posible determinar si el procesamiento de la pieza de trabajo no será correcto. Los errores pueden estimarse para combinaciones que no se hayan calibrado, dicho de otra forma, para combinaciones de ángulos diferentes a los utilizados al contactar la esfera de referencia (que se utiliza como esfera de calibración) con la sonda de contacto, siendo las últimas combinaciones las calibradas. Dicha estimación puede llevarse a cabo mediante un dispositivo de control numérico de la máquina de precisión, por ejemplo, un control numérico, un controlador lógico programable, etc. La máquina de precisión puede ser una máquina herramienta, una máquina de posicionamiento, un robot con cinemática en serie o en paralelo, una máquina de extracción de piezas de contenedores, o cualquier otra máquina de precisión dispuesta con cualquier número de ejes de rotación. The present method makes it possible to estimate the positioning errors of the rotary head and therefore of the tool arranged therein, thus making it possible to determine if the processing of the workpiece will not be correct. The errors can be estimated for combinations that have not been calibrated, in other words, for combinations of angles other than those used when contacting the reference sphere (which is used as a calibration sphere) with the contact probe, the last combinations being the calibrated ones Said estimation can be carried out by means of a numerical control device of the precision machine, for example, a numerical control, a programmable logic controller, etc. The precision machine can be a machine tool, a positioning machine, a robot with serial or parallel kinematics, a machine for extracting parts from containers, or any other precision machine arranged with any number of axes of rotation.
Después de contactar la esfera de referencia con la sonda de contacto mientras el cabezal giratorio presenta una combinación de primer y segundo ángulos en los cabezales giratorios de dos ejes giratorios, o el número de ejes requeridos en cualquier otro cabezal con cualquier otro número de ejes giratorios, se determina digitalmente la posición del centro de la esfera en función de dicha medida, luego, se efectúa un contacto adicional de la esfera de referencia con la sonda de contacto mientras el cabezal giratorio presenta otra combinación del primer y segundo ángulos, y se determina de nuevo la posición del centro de la esfera digitalmente en función de dicha medida. El proceso se repite una pluralidad de veces para calibrar una pluralidad de combinaciones del primer y segundo ángulos. Cada posición determinada estará desplazada de la posición esperada (es decir, la posición de referencia predeterminada para el centro de la esfera de referencia) debido a la rotación imperfecta de los miembros, lo que provoca un desplazamiento en la posición de uno o ambos miembros primero y segundo, desplazando también así la herramienta de su posición esperada. La posición esperada es la posición donde el centro de la esfera de referencia tendría que estar si el miembro o miembros no hubieran sido objeto de un desplazamiento; preferentemente, la posición de referencia predeterminada es la posición determinada del centro de la esfera de referencia cuando el error de posicionamiento angular tanto del primer como del segundo ángulo es cero, ya que en ese caso existe poco o ningún desplazamiento del cabezal. Calculando la diferencia entre la posición determinada y la esperada, se determina el error para la combinación real de los ángulos primero y segundo utilizados cuando entra en contacto con la esfera de referencia. Cada error comprende tres valores de error, uno para cada uno de los tres ejes lineales, preferentemente, de un sistema global de coordenadas cartesianas; dicho de otra forma, un valor de error para el eje X, un valor de error para el eje Y, así como un valor de error para el eje Z. Al registrar los diferentes valores de error, por ejemplo, en una memoria del dispositivo de control, la máquina de precisión puede recuperar posteriormente el grupo de tres valores de error para cualquier combinación del primer y segundo ángulos utilizados al entrar en contacto con la esfera de referencia durante la calibración. After contacting the reference sphere with the contact probe while the rotary head has a combination of first and second angles on rotary heads with two rotary axes, or the number of axes required on any other head with any other number of rotary axes , the position of the center of the sphere is determined digitally based on this measurement, then an additional contact of the reference sphere is made with the contact probe while the rotary head presents another combination of the first and second angles, and it is determined again the position of the center of the sphere digitally based on said measurement. The process is repeated a plurality of times to calibrate a plurality of combinations of the first and second angles. Each given position will be offset from the expected position (i.e., the default reference position for the center of the reference sphere) due to imperfect rotation of the members, causing an offset in the position of one or both members first and second, thus also displacing the tool from its expected position. The expected position is the position where the center of the reference sphere would have to be if the member or members had not been displaced; preferably, the predetermined reference position is the determined position of the center of the reference sphere when the angular positioning error of both the first and the second angle is zero, since in that case there is little or no movement of the head. By calculating the difference between the determined and expected position, the error for the actual combination of first and second angles used when contacting the reference sphere is determined. Each error comprises three error values, one for each of the three linear axes, preferably of a global Cartesian coordinate system; In other words, an error value for the X axis, an error value for the Y axis, as well as an error value for the Z axis. By recording the different error values, for example, in a memory of the device control, the precision machine can subsequently retrieve the set of three error values for any combination of the first and second angles used in contacting the reference sphere during calibration.
De la misma manera, la máquina de precisión puede recuperar dichos errores para estimar los tres valores de error para cualquier otra combinación diferente del primer y segundo ángulos, por ejemplo, una combinación del primer y segundo ángulos objetivo. Con este fin, se recupera un número de errores (cada uno con los tres valores de error respectivos), por ejemplo, dos, tres, cuatro, cinco o incluso más errores. Preferentemente, estos errores se proporcionaron para combinaciones del primer y segundo ángulos que se aproximan más a la combinación del primer y segundo ángulos objetivo, en concreto, la distancia angular entre la combinación del primer y segundo ángulos es lo más corta posible con respecto a la combinación del primer y segundo ángulos objetivo. La recuperación de ciertos errores es tal que la interpolación de los valores de error que hay que estimar pueda ser tan precisa como sea posible. In the same way, the precision machine can recover those errors to estimate the three error values for any other combination than the first and second angles, for example, a combination of the first and second target angles. For this purpose, a number of errors (each with the three respective error values) is retrieved, eg two, three, four, five or even more errors. Preferably, these errors are provided for combinations of the first and second angles that most closely approximate the combination of the first and second target angles, namely, the angular distance between the combination of the first and second angles is as short as possible with respect to the combination of the first and second target angles. The recovery from certain errors is such that the interpolation of the error values to be estimated can be as accurate as possible.
En algunas realizaciones, las etapas de recuperación digital y de estimación digital se llevan a cabo después de seleccionar la combinación del primer y segundo ángulos objetivo. En algunas de estas realizaciones, las etapas de recuperación digital y de estimación digital se llevan a cabo durante la etapa de procesamiento de la pieza de trabajo con la herramienta. In some embodiments, the digital retrieval and digital estimation steps are performed after selecting the combination of the first and second target angles. In some of these embodiments, the digital retrieval and digital estimation steps are performed during the tooling step of processing the workpiece.
Los tres valores de error se pueden estimar durante el uso de la máquina de precisión y de manera continua. Dicho de otra forma, los valores de error se pueden estimar cada vez que se selecciona una nueva combinación del primer y segundo ángulos objetivo, por lo tanto, el proceso puede ser en tiempo real o prácticamente en tiempo real para que se puedan tomar medidas correctivas durante el funcionamiento de la máquina de precisión, e incluso durante el procesamiento de la pieza de trabajo. The three error values can be estimated during the use of the precision machine and continuously. In other words, the error values can be estimated each time a new combination of the first and second target angles is selected, therefore the process can be in real time or near real time so that corrective action can be taken. during the operation of the precision machine, and even during the processing of the workpiece.
En algunas realizaciones, el método además comprende mover la máquina de precisión para compensar los tres valores de error estimados digitalmente; con este fin, se puede mover uno, dos o los tres ejes lineales móviles de la máquina de precisión para compensar el error. En algunas de estas realizaciones, la etapa de mover tiene lugar antes de la etapa de procesamiento de la pieza de trabajo. En algunas de estas realizaciones, la etapa de mover tiene lugar durante la etapa de procesamiento de la pieza de trabajo. Basándose en los valores de error estimados, se toman medidas correctivas moviendo la máquina de precisión por sus tres ejes lineales (X, Y, Z), de manera que se compense el error según se ha estimado. Por consiguiente, la máquina de precisión se mueve a lo largo de cada eje lineal la cantidad estimada, pero con signo opuesto, es decir, en dirección opuesta. Esta acción correctiva es posible porque los valores de error se estiman y pueden proporcionarse en tiempo real. In some embodiments, the method further comprises moving the precision machine to compensate for the three digitally estimated error values; for this purpose, one, two or all three linear axes can be moved precision machine movables to compensate for the error. In some of these embodiments, the moving step takes place before the workpiece processing step. In some of these embodiments, the moving step takes place during the workpiece processing step. Based on the estimated error values, corrective measures are taken by moving the precision machine along its three linear axes (X, Y, Z), so as to compensate for the error as estimated. Consequently, the precision machine moves along each linear axis by the estimated amount, but with the opposite sign, that is, in the opposite direction. This corrective action is possible because the error values are estimated and can be provided in real time.
En algunas realizaciones, el método además comprende convertir los valores de error estimados digitalmente de un sistema de coordenadas cartesianas global en un sistema de coordenadas cartesianas de la máquina de precisión; y el movimiento de la máquina de precisión se basa en los valores de error del sistema de coordenadas global convertidos al sistema de coordenadas local de la máquina de precisión. In some embodiments, the method further comprises converting digitally estimated error values from a global Cartesian coordinate system to a precision machine Cartesian coordinate system; and the movement of the precision machine is based on the error values of the global coordinate system converted to the local coordinate system of the precision machine.
Preferentemente, los valores de error estimados digitalmente pueden registrarse en el sistema de coordenadas cartesianas global para que puedan usarse con más facilidad independientemente de la herramienta utilizada en la máquina de precisión. Cada herramienta de la máquina de precisión puede dar como resultado un sistema de coordenadas cartesianas de la máquina diferente del sistema de coordenadas cartesianas de la máquina cuando se utiliza otra herramienta debido a cómo se operan las herramientas. Al recuperar digitalmente los errores, sus valores de error se convierten al sistema de coordenadas cartesianas de la máquina y se toma la acción correctiva en forma de movimiento de la máquina de precisión de conformidad con los valores de error convertidos. Preferably, the digitally estimated error values can be recorded in the global Cartesian coordinate system so that they can be more easily used regardless of the tool used on the precision machine. Each precision machine tool can result in a Cartesian machine coordinate system that is different from the Cartesian machine coordinate system when another tool is used due to how the tools are operated. When digitally retrieving errors, their error values are converted to the Cartesian coordinate system of the machine and corrective action is taken in the form of moving the precision machine in accordance with the converted error values.
En algunas realizaciones, la pluralidad de errores registrados que se recupera digitalmente son cuatro errores registrados (comprendiendo cada uno de los cuatro errores registrados los tres valores de error) cuyas combinaciones del primer y segundo ángulos se aproximan más al primer y segundo ángulos objetivo, respectivamente. In some embodiments, the plurality of logged errors that is digitally retrieved are four logged errors (each of the four logged errors comprising the three error values) whose combinations of the first and second angles most closely approximate the first and second target angles, respectively. .
En algunas realizaciones, cada uno de los cuatro errores registrados tiene una combinación del primer y segundo ángulos de manera que el primer y segundo ángulos objetivo estén dentro de los valores de las cuatro combinaciones registradas y que más se aproximan al primer y segundo ángulos, cada uno con su error respectivo (comprendiendo cada uno de los cuatro errores registrados los tres valores de error). Concretamente: A1 > TA, B1 > TB; A2 > TA, B2 < TB; A3 < TA, B3 > TB; y A4 < TA, B4 < TB. Donde: TA y TB son el primer y segundo ángulos objetivo, respectivamente; A1 y B1 son el primer y segundo ángulos de la combinación del primer error recuperado digitalmente, respectivamente; A2 y B2 son el primer y segundo ángulos de la combinación del segundo error recuperado digitalmente, respectivamente; A3 y B3 son el primer y segundo ángulos de la combinación del tercer error recuperado digitalmente, respectivamente; y A4 y B4 son el primer y segundo ángulos de la combinación del cuarto error recuperado digitalmente, respectivamente. In some embodiments, each of the four recorded errors has a combination of the first and second angles such that the first and second target angles are within the values of the four recorded combinations and most closely approximate the first and second angles, each one with its respective error (each of the four recorded errors comprising the three error values). Specifically: A1 > TA, B1 > TB; A2 > TA, B2 < TB; A3 < TA, B3 > TB; and A4 < TA, B4 < TB. Where: TA and TB are the first and second objective angles, respectively; A1 and B1 are the first and second angles of the digitally recovered first error combination, respectively; A2 and B2 are the first and second angles of the digitally recovered second error combination, respectively; A3 and B3 are the first and second angles of the digitally recovered third error combination, respectively; and A4 and B4 are the first and second angles of the digitally recovered fourth error combination, respectively.
Por consiguiente, cada par de ángulos An y Bn de un error recuperado digitalmente (siendo n el enésimo error recuperado) es tal que cumple el criterio respectivo anterior y es el que más se aproxima al par de ángulos TA y TB. De esta forma, la interpolación utilizada para la estimación digital tiene los tres valores de error de cuatro lados diferentes, de modo que la estimación llega a un compromiso entre simplicidad (porque la interpolación con cuatro puntos dispuestos de esta manera es computacionalmente simple) y precisión. Therefore, each pair of angles An and Bn of a digitally recovered error (where n is the nth error recovered) is such that it meets the criterion respective previous one and is the one that most closely approximates the pair of angles TA and TB. In this way, the interpolation used for the digital estimate has the three different four-sided error values, so that the estimate strikes a compromise between simplicity (because interpolation with four points arranged in this way is computationally simple) and precision. .
En algunas realizaciones, la interpolación para estimar digitalmente el valor de error a lo largo de la dirección de cada eje lineal es o comprende una interpolación bilineal. In some embodiments, the interpolation to digitally estimate the error value along the direction of each linear axis is or comprises bilinear interpolation.
En algunas realizaciones, la combinación del primer y segundo ángulos objetivo (de la etapa antes y/o durante el procesamiento de una pieza de trabajo) no es ninguna combinación utilizada en la etapa de contacto, es decir, no es ninguna combinación del cabezal giratorio cuando la esfera de referencia es contactada con la sonda de contacto. In some embodiments, the combination of the first and second target angles (from the stage before and/or during the processing of a workpiece) is not any combination used in the contact stage, i.e. it is not any combination of the rotary head. when the reference sphere is contacted with the contact probe.
En algunas realizaciones, el método además comprende seleccionar la combinación del primer y segundo ángulos objetivo (de la etapa antes y/o durante el procesamiento de una pieza de trabajo). In some embodiments, the method further comprises selecting the combination of the first and second target angles (from the stage before and/or during processing of a workpiece).
En algunas realizaciones, el método además comprende la etapa de procesamiento de la pieza de trabajo (presentando el cabezal giratorio la combinación del primer ángulo objetivo, como primer ángulo, y el segundo ángulo objetivo, como segundo ángulo, y la herramienta dispuesta en el mismo). In some embodiments, the method further comprises the step of processing the workpiece (the rotary head presenting the combination of the first target angle, as the first angle, and the second target angle, as the second angle, and the tool arranged therein). ).
En algunas realizaciones, la herramienta es una fresadora o una perforadora. In some embodiments, the tool is a milling machine or a drilling machine.
Un segundo aspecto de la invención se refiere a una máquina de precisión (por ejemplo, una máquina herramienta, una máquina de posicionamiento, un robot con cinemática en serie o en paralelo, una máquina de extracción de piezas de contenedores, o cualquier otra máquina de precisión dispuesta con cualquier número de ejes de rotación) que comprende: A second aspect of the invention relates to a precision machine (for example, a machine tool, a positioning machine, a robot with serial or parallel kinematics, a part extraction machine of containers, or any other precision machine arranged with any number of axes of rotation) comprising:
- un cabezal giratorio que comprende al menos un primer y un segundo miembros, estando el primer miembro acoplado a la máquina de precisión de manera que el primer miembro gira alrededor de un primer eje, y estando el segundo miembro acoplado al primer miembro de manera que el segundo miembro puede girar alrededor de un segundo eje; - a rotary head comprising at least a first and a second member, the first member being coupled to the precision machine such that the first member rotates about a first axis, and the second member being coupled to the first member such that the second member can rotate about a second axis;
- una sonda de contacto adaptada para un acoplamiento separable con el segundo miembro; - una herramienta adaptada para un acoplamiento separable con el segundo miembro; y - a contact probe adapted for releasable engagement with the second member; - a tool adapted for separable engagement with the second member; Y
- un dispositivo de control, por ejemplo, un dispositivo de control numérico, configurado al menos para: cambiar el primer y segundo ángulos del cabezal giratorio, siendo el primer ángulo el ángulo del primer miembro alrededor del primer eje, siendo el segundo ángulo el ángulo del segundo miembro alrededor del segundo eje; mover la máquina de precisión cuando la sonda de contacto está acoplada al segundo miembro para ponerla en contacto con una esfera de referencia una pluralidad de veces, presentando el cabezal giratorio diferentes combinaciones del primer y segundo ángulos; determinar una posición de un centro de la esfera de referencia para cada combinación del primer y segundo ángulos del cabezal giratorio cuando la esfera de referencia es contactada con la sonda de contacto; registrar valores de error, siendo cada valor de error una diferencia entre una posición determinada y una posición de referencia predeterminada para el centro de la esfera de referencia, registrándose los valores de error junto con los datos indicativos de cada combinación del primer y segundo ángulos del cabezal giratorio cuando la esfera de referencia es contactada con la sonda de contacto; procesar una pieza de trabajo moviendo la máquina de precisión tanto cuando la herramienta está acoplada al segundo miembro como cuando el cabezal giratorio presenta una combinación de un primer ángulo objetivo, como primer ángulo, y un segundo ángulo objetivo, como segundo ángulo; recuperar una pluralidad de errores registrados cuyas combinaciones del primer y segundo ángulos se aproximan más al primer y segundo ángulos objetivo, respectivamente, al procesar la pieza de trabajo, comprendiendo cada error registrado recuperado sus respectivos tres valores de error; y estimar los valores de error a lo largo de cada eje lineal para la combinación del primer y segundo ángulos objetivo interpolando los valores de error de la pluralidad de errores registrados recuperados en función de las respectivas combinaciones del primer y segundo ángulos al procesar la pieza de trabajo. - a control device, for example a numerical control device, configured to at least: change the first and second angles of the rotary head, the first angle being the angle of the first member around the first axis, the second angle being the angle of the second member around the second axis; moving the precision machine when the contact probe is attached to the second member to contact a reference sphere a plurality of times, the rotary head presenting different combinations of the first and second angles; determining a position of a center of the reference sphere for each combination of the first and second angles of the rotary head when the reference sphere is contacted with the contact probe; recording error values, each error value being a difference between a given position and a predetermined reference position for the center of the reference sphere, the error values being recorded together with data indicative of each combination of the first and second angles of the rotary head when the reference sphere is contacted with the contact probe; processing a workpiece by moving the precision machine both when the tool is attached to the second member and when the rotary head exhibits a combination of a first target angle, as the first angle, and a second target angle, as the second angle; retrieving a plurality of logged errors whose combinations of the first and second angles most closely approximate the first and second target angles, respectively, in processing the workpiece, each retrieved logged error comprising its respective three error values; and estimating the error values along each linear axis for the combination of the first and second target angles by interpolating the error values of the plurality of recorded errors retrieved based on the respective combinations of the first and second angles when processing the workpiece. worked.
La máquina de precisión es capaz de estimar el error presente en el posicionamiento del cabezal giratorio y, por tanto, en el posicionamiento de una herramienta dispuesta en el mismo en función del uso de la sonda de contacto en la esfera de referencia y del dispositivo de control. El dispositivo de control, que puede ser, por ejemplo, un controlador lógico programable, determina el error presente en el posicionamiento cuando ordena el movimiento de la máquina de precisión (es decir, ordena el movimiento de uno, de dos o de los tres ejes lineales móviles del mismo) para que la sonda de contacto entre en contacto con la esfera de referencia para vahas configuraciones angulares del cabezal giratorio. The precision machine is capable of estimating the error present in the positioning of the rotating head and, therefore, in the positioning of a tool arranged in it, depending on the use of the contact probe in the reference sphere and the device of control. The control device, which can be, for example, a programmable logic controller, determines the error present in the positioning when it commands the movement of the precision machine (that is, it commands the movement of one, two or all three axes). moving lines of the same) so that the contact probe enters into contact with the reference sphere for various angular configurations of the rotating head.
Basándose en los valores de error proporcionados de esta manera, el dispositivo de control es entonces capaz de estimar el error para otras configuraciones angulares del cabezal giratorio incluso si no se han seleccionado las mismas cuando la sonda de contacto mide la esfera de referencia. La estimación del error para cada configuración angular de este tipo se logra mediante la interpolación de los valores de error proporcionados durante la fase de contacto. En algunas realizaciones, la máquina de precisión además comprende la esfera de referencia. Based on the error values provided in this way, the control device is then able to estimate the error for other angular configurations of the rotary head even if they have not been selected when the contact probe measures the reference sphere. The error estimate for each such angular configuration is achieved by interpolation of the error values provided during the contact phase. In some embodiments, the precision machine further comprises the reference sphere.
En algunas realizaciones, el dispositivo de control además está configurado para ajustar el movimiento de la máquina de precisión antes y/o durante el procesamiento de la pieza de trabajo para compensar el valor de error estimado. In some embodiments, the control device is further configured to adjust the movement of the precision machine before and/or during processing of the workpiece to compensate for the estimated error value.
El dispositivo de control ordena que la máquina de precisión se mueva en uno, dos o los tres de sus ejes lineales móviles para compensar el error. The control device commands the precision machine to move on one, two, or all three of its movable linear axes to compensate for the error.
En algunas realizaciones, el dispositivo de control recupera la pluralidad de errores registrados y estima los valores de error antes y/o durante el procesamiento de la pieza de trabajo. In some embodiments, the control device retrieves the plurality of recorded errors and estimates the error values before and/or during processing of the workpiece.
En algunas realizaciones, el dispositivo de control además está configurado para convertir los valores de error estimados de un sistema de coordenadas cartesianas global a un sistema de coordenadas cartesianas de la máquina de precisión; y el ajuste del movimiento de la máquina de precisión se basa en los valores de error convertidos al sistema de coordenadas cartesianas de la máquina de precisión. In some embodiments, the control device is further configured to convert the estimated error values from a global Cartesian coordinate system to a precision machine Cartesian coordinate system; and the adjustment of the movement of the precision machine is based on the error values converted to the Cartesian coordinate system of the precision machine.
En algunas realizaciones, la pluralidad de errores registrados que se recuperan son cuatro errores registrados. En algunas de estas realizaciones, cada uno de los cuatro errores registrados presenta una combinación del primer y segundo ángulos, de manera que la combinación está en un cuadrante diferente de cuatro cuadrantes que rodean la combinación del primer y segundo ángulos objetivo. In some embodiments, the plurality of logged errors that are recovered is four logged errors. In some of these embodiments, each of the four recorded errors has a combination of the first and second angles, such that the combination is in a different quadrant of four quadrants surrounding the combination of the first and second target angles.
En algunas realizaciones, la interpolación para estimar el valor de error a lo largo de la dirección de cada eje lineal es o comprende una interpolación bilineal. In some embodiments, the interpolation to estimate the error value along the direction of each linear axis is or comprises bilinear interpolation.
En algunas realizaciones, el dispositivo de control está configurado para llevar a cabo la estimación de errores automáticamente. Además, en algunas de estas realizaciones, el dispositivo de control está configurado para compensar el error automáticamente. En algunas realizaciones, la herramienta es una fresadora o una perforadora. In some embodiments, the control device is configured to perform error estimation automatically. Furthermore, in some of these embodiments, the control device is configured to automatically compensate for the error. In some embodiments, the tool is a milling machine or a drilling machine.
Un tercer aspecto de la invención se refiere a un producto de programa informático que tiene instrucciones que, cuando se ejecutan mediante un dispositivo de control de una máquina de precisión (por ejemplo, una máquina herramienta, una máquina de posicionamiento, un robot con cinemática en serie o en paralelo, etc.), que comprende un cabezal giratorio con un primer miembro acoplado a la máquina de precisión de manera que el primer miembro puede girar alrededor de un primer eje, y un segundo miembro acoplado al primer miembro de manera que el segundo miembro puede girar alrededor de un segundo eje, hacen que el dispositivo de control ordene: - contactar una esfera de referencia con una sonda de contacto dispuesta en el cabezal giratorio una pluralidad de veces, presentando el cabezal giratorio diferentes combinaciones del primer y segundo ángulos, siendo el primer ángulo el ángulo del primer miembro alrededor del primer eje, siendo el segundo ángulo el ángulo del segundo miembro alrededor del segundo eje;A third aspect of the invention relates to a computer program product having instructions that, when executed by a control device of a precision machine (for example, a machine tool, a positioning machine, a robot with kinematics in series or parallel, etc.), comprising a rotary head with a first member coupled to the precision machine such that the first member can rotate about a first axis, and a second member coupled to the first member such that the second member can rotate about a second axis, cause the control device to command: - contacting a reference sphere with a contact probe arranged in the rotary head a plurality of times, the rotary head presenting different combinations of the first and second angles, the first angle being the angle of the first member around the first axis, the second being angle the angle of the second member around the second axis;
- determinar la posición del centro de la esfera de referencia para cada combinación del primer y segundo ángulos del cabezal giratorio cuando la esfera de referencia es contactada con la sonda de contacto; - determining the position of the center of the reference sphere for each combination of the first and second angles of the rotary head when the reference sphere is contacted with the contact probe;
- registrar valores de error, siendo cada valor de error una diferencia entre una posición determinada y una posición de referencia predeterminada para el centro de la esfera de referencia a lo largo de uno de los tres ejes lineales, registrándose los tres valores de error junto con los datos indicativos de cada combinación del primer y segundo ángulos del cabezal giratorio cuando la esfera de referencia es contactada con la sonda de contacto; - recuperar una pluralidad de errores registrados cuyas combinaciones del primer y segundo ángulos se aproximan más al primer y segundo ángulos objetivo, respectivamente, de una combinación utilizada o que va a ser utilizada por el cabezal giratorio para procesar una pieza de trabajo, comprendiendo cada error registrado recuperado digitalmente sus respectivos tres valores de error; y - recording error values, each error value being a difference between a determined position and a predetermined reference position for the center of the reference sphere along one of the three linear axes, the three error values being recorded together with data indicative of each combination of the first and second angles of the rotary head when the reference sphere is contacted with the contact probe; - retrieving a plurality of recorded errors whose combinations of the first and second angles are closest to the first and second target angles, respectively, of a combination used or to be used by the rotary head to process a workpiece, each error comprising registered digitally retrieved their respective three error values; Y
- estimar los valores de error a lo largo de la dirección de cada eje lineal para la combinación del primer y segundo ángulos objetivo interpolando los valores de error de la pluralidad de errores registrados recuperados en función de las respectivas combinaciones del primer y segundo ángulos. Cuando se ejecuta el producto de programa informático en uno o más procesadores del dispositivo informático, la máquina de precisión estima los errores de posicionamiento del cabezal giratorio que existen debido a las rotaciones del mismo y, preferentemente, también mueve la propia máquina de precisión en función de los valores de error estimados para corregir los mismos. En algunas realizaciones, las instrucciones hacen que el dispositivo de control ordene la recuperación y la estimación después de ordenar la selección de la combinación del primer y segundo ángulos objetivo. En algunas de estas realizaciones, las instrucciones hacen que el dispositivo de control ordene la recuperación y la estimación antes y/o al ordenar el procesamiento de una pieza de trabajo con la máquina de precisión mientras se dispone una herramienta en el cabezal giratorio. - estimating the error values along the direction of each linear axis for the combination of the first and second target angles by interpolating the error values of the plurality of retrieved recorded errors based on the respective combinations of the first and second angles. When the computer program product is executed on one or more processors of the computing device, the precision machine estimates the positioning errors of the rotary head that exist due to the rotations thereof, and preferably also moves the precision machine itself based on the estimated error values to correct them. In some embodiments, the instructions cause the control device to command recovery and estimation after commanding the selection of the combination of the first and second target angles. In some of these embodiments, the instructions cause the control device to command retrieval and estimation before and/or when commanding processing of a workpiece with the precision machine while a tool is being arranged in the rotary head.
En algunas realizaciones, las instrucciones además hacen que el dispositivo de control ordene que la máquina de precisión se mueva para compensar los valores de error estimados. En algunas realizaciones, las instrucciones además hacen que el dispositivo de control ordene convertir los valores de error estimados de un sistema de coordenadas cartesianas global a un sistema de coordenadas cartesianas de la máquina de precisión; y el movimiento ordenado de la máquina de precisión se basa en los valores de error convertidos al sistema de coordenadas cartesianas de la máquina de precisión. In some embodiments, the instructions further cause the control device to command the precision machine to move to compensate for the estimated error values. In some embodiments, the instructions further cause the control device to command to convert the estimated error values from a global Cartesian coordinate system to a precision machine Cartesian coordinate system; and the commanded movement of the precision machine is based on the error values converted to the Cartesian coordinate system of the precision machine.
En algunas realizaciones, la interpolación para estimar el valor de error a lo largo de la dirección de cada eje lineal es o comprende una interpolación bilineal. In some embodiments, the interpolation to estimate the error value along the direction of each linear axis is or comprises bilinear interpolation.
En algunas realizaciones, la combinación del primer y segundo ángulos objetivo (utilizada o que va a ser utilizada por el cabezal giratorio para procesar una pieza de trabajo) no es ninguna combinación utilizada al contactar la esfera de referencia con la sonda de contacto. In some embodiments, the combination of the first and second target angles (used or to be used by the rotary head for processing a work piece) is not any combination used when contacting the reference sphere with the contact probe.
En algunas realizaciones, las instrucciones además hacen que el dispositivo de control ordene seleccionar la combinación del primer y segundo ángulos objetivo. En algunas de estas realizaciones, el par del primer y segundo ángulos objetivo de la combinación seleccionada no coincide con el par del primer y segundo ángulos de cualquier combinación utilizada al contactar la esfera de referencia con la sonda de contacto. In some embodiments, the instructions further cause the control device to command to select the combination of the first and second target angles. In some of these embodiments, the first and second target angle pair of the selected combination does not match the first and second angle pair of any combination used when contacting the reference sphere with the contact probe.
En algunas realizaciones, la pluralidad de errores registrados que se recupera digitalmente son cuatro errores registrados (comprendiendo cada uno de los cuatro errores registrados los tres valores de error) cuyas combinaciones del primer y segundo ángulos se aproximan más al primer y segundo ángulos objetivo, respectivamente. In some embodiments, the plurality of logged errors that is digitally retrieved are four logged errors (each of the four logged errors comprising the three error values) whose combinations of the first and second angles most closely approximate the first and second target angles, respectively. .
En algunas realizaciones, cada uno de los cuatro errores registrados presenta una combinación del primer y segundo ángulos, de manera que la combinación está en un cuadrante diferente de cuatro cuadrantes que rodean la combinación del primer y segundo ángulos objetivo. En algunas realizaciones, el producto del programa informático está integrado en un medio legible por ordenador no transitorio. Un cuarto aspecto de la invención se refiere a un flujo de datos que es representativo de un producto de programa informático de acuerdo con el tercer aspecto de la invención. In some embodiments, each of the four recorded errors exhibits a combination of the first and second angles, such that the combination is in a different quadrant of four quadrants surrounding the combination of the first and second target angles. In some embodiments, the computer program product is embedded on a non-transient computer-readable medium. A fourth aspect of the invention relates to a data stream that is representative of a computer program product according to the third aspect of the invention.
Las mismas ventajas que las descritas para el primer aspecto de la invención también pueden aplicarse al segundo, tercer y/o cuarto aspectos de la invención. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS The same advantages as those described for the first aspect of the invention can also be applied to the second, third and/or fourth aspects of the invention. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Para completar la descripción y con el fin de proporcionar una mejor comprensión de la invención, se proporciona un conjunto de dibujos. Dichos dibujos forman parte integral de la descripción e ¡lustran realizaciones de la invención, que no se han de interpretar como una restricción del alcance de la invención, sino tan solo como ejemplos de cómo se puede llevar a cabo la invención. Los dibujos comprenden las siguientes figuras: To complete the description and in order to provide a better understanding of the invention, a set of drawings is provided. Said drawings form an integral part of the description and illustrate embodiments of the invention, which are not to be construed as a restriction of the scope of the invention, but only as examples of how the invention can be carried out. The drawings comprise the following figures:
La figura 1 muestra esquemáticamente una sección transversal de un cabezal giratorio de una máquina de precisión en la que se ha representado ambos ejes de rotación y un error de posicionamiento. FIG. 1 schematically shows a cross section of a rotary head of a precision machine, in which both axes of rotation and a positioning error have been represented.
La figura 2 muestra esquemáticamente una sección transversal de un cabezal giratorio de una máquina de precisión con una sonda de contacto dispuesta en el mismo para entrar en contacto con una esfera de referencia de acuerdo con las realizaciones. Fig. 2 schematically shows a cross section of a rotary head of a precision machine with a contact probe arranged therein to contact a reference sphere according to the embodiments.
La figura 3 muestra esquemáticamente los valores de error registrados de acuerdo con las realizaciones después de entrar en contacto con una esfera de referencia, como se ¡lustra en la figura 2. Figure 3 schematically shows the error values recorded according to the embodiments after contacting a reference sphere, as illustrated in Figure 2.
La figura 4 ¡lustra la estimación de los valores de un error de acuerdo con las realizaciones. Fig. 4 illustrates the estimation of the values of an error according to the embodiments.
Las figuras 5A a 5D ¡lustran el cálculo de una interpolación bilineal de acuerdo con las realizaciones. Figures 5A to 5D illustrate the calculation of a bilinear interpolation in accordance with the embodiments.
Las figuras 6 y 7 muestran esquemáticamente los sistemas de coordenadas de una máquina de precisión cuando algunas herramientas están respectivamente dispuestas en la misma. Figures 6 and 7 schematically show the coordinate systems of a precision machine when some tools are respectively arranged therein.
DESCRIPCIÓN DE FORMAS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN La figura 1 muestra esquemáticamente una sección transversal de un cabezal giratorio 20 de una máquina de precisión 10, tal como una máquina herramienta. DESCRIPTION OF THE FORM OF EMBODIMENT OF THE INVENTION Figure 1 schematically shows a cross section of a rotary head 20 of a precision machine 10, such as a machine tool.
El cabezal giratorio 20 comprende un primer miembro 22, que está acoplado a la máquina de precisión 10, y un segundo miembro 24 acoplado al primer miembro 22. La máquina de precisión 10 comprende un dispositivo de control 100, por ejemplo, un control numérico, que opera el cabezal giratorio 20. The rotary head 20 comprises a first member 22, which is coupled to the precision machine 10, and a second member 24 coupled to the first member 22. The precision machine 10 comprises a control device 100, for example a numerical control, which operates the rotary head 20.
El primer miembro 22 está acoplado a la máquina 10 de manera que el primer miembro 22 puede girar con respecto a la máquina 10 alrededor de un primer eje 31 definido entre ambos, el primer miembro 22 y la máquina 10 de precisión (mostrada con líneas discontinuas solo a efectos ilustrativos). La posible rotación del primer miembro 22 se ¡lustra por medio de la flecha 30. Cuando el primer miembro 22 gira, se forma un primer ángulo indicativo del desplazamiento angular del primer miembro 22 con respecto al primer eje 31 ; el primer ángulo corresponde a una rotación alrededor del eje Z' (numerado como 31 en el dibujo) contenido en el plano del dibujo (en este caso, el eje es la intersección entre los planos XZ y ZY). Dicho primer ángulo, indicado con la letra A en la descripción de los dibujos, es indicativo de cuánto gira el primer miembro 22 con respecto a una posición angular inicial del mismo, correspondiendo dicha posición angular inicial a un ángulo de 0°, es decir, A = 0°. The first member 22 is coupled to the machine 10 such that the first member 22 is rotatable with respect to the machine 10 about a first axis 31 defined between both the first member 22 and the precision machine 10 (shown with dashed lines). for illustrative purposes only). The possible rotation of the first member 22 is illustrated by means of the arrow 30. When the first member 22 rotates, a first angle indicative of the angular displacement of the first member 22 with respect to the first axis 31 is formed; the first angle corresponds to a rotation around the Z' axis (numbered 31 in the drawing) contained in the drawing plane (in this case, the axis is the intersection between the XZ and ZY planes). Said first angle, indicated with the letter A in the description of the drawings, is indicative of how much the first member 22 rotates with respect to an initial angular position thereof, said initial angular position corresponding to an angle of 0°, that is, A = 0°.
El segundo miembro 24 está acoplado al primer miembro 22 de manera que el segundo miembro 24 puede girar con relación al primer miembro 22 alrededor de un segundo eje 41 que forma 45° en el plano Y'Z' entre el segundo miembro 24 y el primer miembro 22 (se muestra con líneas discontinuas solo a efectos ilustrativos). La posible rotación del segundo miembro 24 está ¡lustrada por la flecha 40. Una herramienta 50 (por ejemplo, una fresadora, una máquina perforadora, o una herramienta diferente utilizada en una máquina de precisión como se conoce en la técnica) de la máquina de precisión 10 se puede disponer en un extremo del segundo miembro 24 para que pueda procesar una pieza de trabajo 55. Cuando el segundo miembro 24 gira, se forma un segundo ángulo indicativo del desplazamiento angular del segundo miembro 24 con respecto al segundo eje 41. Dicho segundo ángulo, indicado con la letra B en la descripción de los dibujos, es indicativo de cuánto gira el segundo miembro 24 con respecto a una posición angular inicial del mismo, correspondiendo dicha posición angular inicial a un ángulo de 0°, es decir, B = 0°. The second member 24 is coupled to the first member 22 such that the second member 24 is rotatable relative to the first member 22 about a second axis 41 which forms 45° in the Y'Z' plane between the second member 24 and the first. member 22 (shown with dashed lines for illustrative purposes only). The possible rotation of the second member 24 is illustrated by arrow 40. A tool 50 (for example, a milling machine, a drilling machine, or a different tool used in a precision machine as known in the art) of the precision machine 10 can be arranged at one end of the second member 24 so that it can process a workpiece 55. When the second member 24 rotates, a second angle indicative of the angular displacement of the second member 24 with respect to the second axis 41 is formed. Said second angle, indicated with the letter B in the description of the drawings, it is indicative of how much the second member 24 rotates with respect to an initial angular position thereof, said initial angular position corresponding to an angle of 0°, that is, B = 0°.
Cuando el primer miembro 22 gira con respecto a la máquina de precisión 10 alrededor del primer eje 31 , el punto de intersección 46 entre los ejes 31 y 41 se desplaza debido a errores de alineación del cabezal giratorio 20. Por consiguiente, el punto 46 del eje se desplaza de manera que da como resultado el punto 47 del eje desplazado. Esto, a su vez, provoca el desplazamiento del primer eje 31, produciendo así el primer eje desplazado 32. El desplazamiento del punto 46 del eje y, por tanto, del primer eje 31 , da como resultado un error de posicionamiento del cabezal giratorio 20 y, en consecuencia, de la herramienta 50 dispuesta en el mismo, algo que afecta a cómo procesa la herramienta 50 la pieza de trabajo 55. When the first member 22 rotates with respect to the precision machine 10 about the first axis 31, the point of intersection 46 between the axes 31 and 41 is displaced due to misalignment of the rotary head 20. Consequently, the point 46 of the axis is moved such that it results in point 47 of the moved axis. This, in turn, causes the displacement of the first axis 31, thus producing the first offset axis 32. The displacement of the point 46 of the axis, and therefore of the first axis 31, results in a positioning error of the rotary head 20 and, consequently, of the tool 50 arranged therein, something that affects how the tool 50 processes the workpiece 55.
Adicionalmente o como alternativa, cuando el segundo miembro 24 gira con respecto al primer miembro 22 alrededor del segundo eje 41 , el punto de intersección 46 entre los ejes 31 y 41 puede desplazarse debido a errores de alineación del cabezal giratorio 20. Por consiguiente, el punto 46 del eje puede desplazarse. Esto, a su vez, también puede provocar el desplazamiento del segundo eje 41, produciendo así el segundo eje desplazado 42. Este desplazamiento adicional o alternativo da como resultado un error de posicionamiento (o un error de posicionamiento adicional) del cabezal giratorio 20 y, en consecuencia, de la herramienta 50 dispuesta en el mismo, afectando así a cómo procesa la herramienta 50 la pieza de trabajo 55. Additionally or alternatively, when the second member 24 rotates with respect to the first member 22 about the second axis 41, the point of intersection 46 between the axes 31 and 41 can be displaced due to misalignment of the rotary head 20. Consequently, the point 46 of the axis can be moved. This, in turn, can also cause displacement of the second axis 41, thus producing the displaced second axis 42. This additional or reciprocating displacement results in a positioning error (or additional positioning error) of the rotary head 20 and consequently of the tool 50 arranged therein, thus affecting how the tool 50 processes the workpiece 55.
Se ha representado un sistema global de coordenadas cartesianas con los ejes X, Y y Z en aras de una mayor claridad. En este sentido, tanto el cabezal giratorio 20 como la máquina de precisión 10 pueden tener su propio sistema de coordenadas cartesianas con unos ejes X', Y' y Z'. La figura 2 muestra esquemáticamente una sección transversal de un cabezal giratorio 20 de una máquina de precisión 10. A global Cartesian coordinate system with X, Y, and Z axes has been depicted for clarity. In this sense, both the rotary head 20 and the precision machine 10 can have their own Cartesian coordinate system with axes X', Y' and Z'. Figure 2 schematically shows a cross section of a rotary head 20 of a precision machine 10.
El cabezal giratorio 20 tiene una sonda de contacto 51 dispuesta en el mismo. El dispositivo de control 100 ordena a los ejes lineales móviles de la máquina de precisión 10 que se muevan de modo que la sonda 51 entre en contacto con una esfera de referencia 60, que puede formar parte de la máquina de precisión 10, a efectos de calibración. Cada eje lineal móvil se mueve a lo largo de uno de los ejes X, Y y Z'. The rotary head 20 has a contact probe 51 arranged therein. The control device 100 commands the movable linear axes of the precision machine 10 to move so that the probe 51 comes into contact with a reference sphere 60, which may be part of the precision machine 10, for the purposes of calibration. Each movable linear axis moves along one of the X, Y and Z' axes.
Para que la calibración sea efectiva, la sonda de contacto 51 debe entrar en contacto múltiples veces con la esfera de referencia 60, presentando el cabezal giratorio 20 diferentes combinaciones del primer y segundo ángulos A y B. En este sentido, cada vez que se configura una combinación del primer y segundo ángulos A y B en el cabezal giratorio 20, la sonda de contacto 51 entra en contacto con la esfera de referencia 60 una o más veces (dependiendo de si la sonda de contacto 51 realiza una medición continua en la superficie de la esfera 60 o mide varias veces en diferentes partes de la superficie de la esfera 60) y en función de la medición de la sonda de contacto 51 , un dispositivo de control 100 determinará numéricamente la posición del centro de la esfera de referencia 60 para dicha combinación del primer y segundo ángulos A y B del cabezal giratorio 20, como se conoce en la técnica; luego, el mismo procedimiento se repite una o varias veces más con una combinación diferente del primer y segundo ángulos A y B, y la posición del centro de la esfera de referencia 60 se determinará numéricamente de acuerdo con la medida respectiva. For the calibration to be effective, the contact probe 51 must come into contact multiple times with the reference sphere 60, presenting the rotating head 20 different combinations of the first and second angles A and B. In this sense, each time it is configured a combination of the first and second angles A and B on the rotary head 20, the contact probe 51 contacts the reference sphere 60 one or more times (depending on whether the contact probe 51 makes a continuous measurement on the surface of the sphere 60 or measured several times on different parts of the surface of the sphere 60) and based on the measurement of the contact probe 51, a control device 100 will numerically determine the position of the center of the reference sphere 60 for said combination of the first and second angles A and B of the rotary head 20, as shown know in the art; then the same procedure is repeated one or more times with a different combination of the first and second angles A and B, and the position of the center of the reference sphere 60 will be determined numerically according to the respective measurement.
Como se puede apreciar a partir de la explicación con referencia a la figura 1 , hay un desplazamiento diferente para cada par del primer y segundo ángulosAs can be seen from the explanation with reference to figure 1, there is a different displacement for each pair of the first and second angles.
A y B debido a las desalineaciones del cabezal 20. En función de las mediciones de la sonda de contacto 51 al entrar en contacto con la esfera de referencia 60, el centro de la esfera de referencia 60 puede determinarse digitalmente (con el dispositivo de control 100) cada vez, como se conoce en la técnica. Luego, se puede calcular un valor de error a lo largo de la dirección de cada eje lineal para cada uno de estos centros determinados, calculando una diferencia entre cada centro determinado dado y una posición de referencia predeterminada para el centro de la esfera de referencia 60. La posición de referencia predeterminada es preferentemente el centro de la esfera de referencia 60 determinada después de contactar la esfera de referencia 60 con la sonda 51 y el primer y segundo ángulos A y B son ambos, por ejemplo, de 0°. Por lo tanto, todos los valores de error se refieren a dicha posición de referencia predeterminada y se calculan como:
Figure imgf000024_0001
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A and B due to misalignments of the head 20. Based on the measurements of the contact probe 51 upon contact with the reference sphere 60, the center of the reference sphere 60 can be determined digitally (with the control device 100) each time, as is known in the art. An error value along the direction of each linear axis can then be computed for each of these determined centers by calculating a difference between each given determined center and a predetermined reference position for the center of the reference sphere 60 The predetermined reference position is preferably the center of the reference sphere 60 determined after contacting the reference sphere 60 with the probe 51 and the first and second angles A and B are both, for example, 0°. Therefore, all error values refer to said predetermined reference position and are calculated as:
Figure imgf000024_0001
Figure imgf000025_0001
Donde: εp_x, ep_y, y ep_z son los valores de error para las coordenadas X, Y y Z en un sistema de coordenadas cartesianas, preferentemente, un sistema global de coordenadas cartesianas, siendo el primer ángulo A igual al ángulo a (es decir, alfa) y el segundo ángulo B igual a b (beta); Pcentro.x, Pcentro.y, y Pcentro.z son las coordenadas X, Y y Z (en el mismo sistema de coordenadas cartesianas) de las posiciones determinadas del centro de la esfera de referencia 60 para el primer y segundo ángulos indicados A y B. En este caso, la posición de referencia predeterminada es la posición determinada del centro cuando el primer y segundo ángulos A y B son ambos de 0°, pero también son posibles otras combinaciones del primer y segundo ángulos, incluso combinaciones en las que A y B no tengan el mismo valor. El dispositivo de control 100 puede registrar digitalmente las tres coordenadas para el mismo error, juntas en forma de un vector 3D, o por separado, por ejemplo, como el ejemplo ¡lustrado en la figura 3; independientemente de cómo se registren digitalmente los errores, los errores siempre se registran con referencia a los valores del primer y segundo ángulos A y B e incluyen los tres valores de error respectivos, uno a lo largo de cada uno de los tres ejes. Where: εp_x, ep_y, and ep_z are the error values for the X, Y, and Z coordinates in a Cartesian coordinate system, preferably a global Cartesian coordinate system, with the first angle A equal to angle a (i.e., alpha) and the second angle B equal to b (beta); P center.x, P center.y, and P center.z are the X, Y, and Z coordinates (in the same Cartesian coordinate system) of the determined positions of the center of the reference sphere 60 for the first and second angles indicated A and B. In this case, the default reference position is the determined position of the center when the first and second angles A and B are both 0°, but other combinations of the first and second angles are also possible, including combinations in where A and B do not have the same value. The control device 100 can digitally record the three coordinates for the same error, together in the form of a 3D vector, or separately, for example, as the example illustrated in Figure 3; Regardless of how the errors are digitally recorded, the errors are always recorded with reference to the values of the first and second angles A and B and include the three respective error values, one along each of the three axes.
Basándose en los errores registrados digitalmente, el dispositivo de control 100 puede estimar el error para otras combinaciones del primer y segundo ángulos A y B, es decir, pares del primer y segundo ángulos A y B no establecidos en el cabezal giratorio 20 durante la calibración. Con este fin, el dispositivo de control 100 interpola los tres valores de error para cada una de dichas otras combinaciones a partir de los valores de error de las combinaciones calibradas del primer y segundo ángulos A y B. Preferentemente, el dispositivo de control 100 mueve uno o más de los tres ejes lineales móviles de la máquina de precisión 10 en función de los valores de error interpolados para compensarlos cuando se procesa una pieza de trabajo. La figura 3 muestra esquemáticamente los valores de error εp_x, ep_y, ep_ z registrados de acuerdo con las realizaciones. Based on the digitally recorded errors, the control device 100 can estimate the error for other combinations of the first and second angles A and B, that is, pairs of the first and second angles A and B not established in the rotary head 20 during calibration. . To this end, the control device 100 interpolates the three error values for each of said other combinations from the error values of the calibrated combinations of the first and second angles A and B. Preferably, control device 100 moves one or more of the three movable linear axes of precision machine 10 based on interpolated error values to compensate for them when processing a workpiece. Figure 3 schematically shows the error values εp_x, ep_y, ep_z recorded according to the embodiments.
Los valores de error εp_x, ep_y, y ep_ z son registrados por el dispositivo de control (por ejemplo, el dispositivo de control 100 de las figuras 1 y 2) en tres tablas o gráficos diferentes 70, 71, 72, correspondiendo cada tabla o gráfico a una coordenada cartesiana diferente, es decir, las coordenadas X, Y y Z. Por ejemplo, la primera tabla o gráfico 70 corresponde a la coordenada X, la segunda tabla o gráfico 71 corresponde a la coordenada Y, y la tercera tabla o gráfico 72 corresponde a la coordenada Z. Únicamente en aras de una mejor ilustración, los valores de error εp_x, ep_y, y ep_ sze han representado con un cuadrado en la primera tabla o gráfico 70, un triángulo en la segunda tabla o gráfico 71 y un círculo en la tercera tabla o gráfico 72, pero es evidente que cada uno de estos valores de error εp_x, ep_y, y ep_z es un valor numérico que puede ser positivo o negativo. The error values εp_x, ep_y, and ep_z are recorded by the control device (for example, the control device 100 of Figures 1 and 2) in three different tables or graphs 70, 71, 72, each table or graph corresponding graph to a different Cartesian coordinate, that is, the X, Y, and Z coordinates. For example, the first table or graph 70 corresponds to the X coordinate, the second table or graph 71 corresponds to the Y coordinate, and the third table or Graph 72 corresponds to the Z coordinate. For the sake of better illustration only, the error values εp_x, ep_y, and ep_sze have been represented by a square in the first table or graph 70, a triangle in the second table or graph 71, and a circle in the third table or graph 72, but it is clear that each of these error values εp_x, ep_y, and ep_z is a numerical value that can be positive or negative.
Cada tabla o gráfico 70, 71, 72 comprende el mismo número de valores de error, que en este ejemplo se han calculado siguiendo un procedimiento de calibración para todos los pares en los que el primer ángulo A era de 0°, 30°, 60°, 90°, -30°, -60° y -90°, y el segundo ángulo B era de 0°, 30°, 60°, 90°, -30°, - 60° y -90°, totalizando así 49 combinaciones diferentes, de donde la combinación de A = 0° y B = 0° es, por ejemplo, para su utilización en la determinación de una posición de referencia predeterminada para el centro de una esfera de referencia. En otras realizaciones, se han calibrado otros valores para el primer y segundo ángulos A y B. Each table or graph 70, 71, 72 comprises the same number of error values, which in this example have been calculated following a calibration procedure for all pairs in which the first angle A was 0°, 30°, 60 °, 90°, -30°, -60° and -90°, and the second angle B was 0°, 30°, 60°, 90°, -30°, -60° and -90°, thus totaling 49 different combinations, whereby the combination of A = 0° and B = 0° is, for example, for use in determining a predetermined reference position for the center of a sphere of reference. In other embodiments, other values have been calibrated for the first and second angles A and B.
La figura 4 ilustra cómo los valores de error de las posiciones angulares diferentes a las utilizadas durante la calibración inicial pueden estimarse de acuerdo con las realizaciones. Figure 4 illustrates how error values of angular positions other than those used during initial calibration can be estimated according to the embodiments.
Se ha representado un gráfico A-B 80 en el que se muestra ilustrativamente que se deben estimar los tres valores de error para la combinación 95 er. La combinación 95 corresponde a una combinación er (que puede ser εp_x, ep_y, y ep_z de un primer ángulo objetivo A y un segundo ángulo objetivo B a la que el cabezal giratorio de una máquina de precisión se debe configurar o ha sido configurado para procesar una pieza de trabajo con una herramienta. En este caso, el primer ángulo objetivo A es Aii y el segundo ángulo objetivo B es Bjj. An A-B graph 80 has been represented in which it is illustratively shown that the three error values must be estimated for the 95 er combination. Combination 95 corresponds to a combination er (which can be εp_x, ep_y, and ep_z of a first target angle A and a second target angle B to which the rotary head of a precision machine must be set or has been set to process a workpiece with a tool.In this case, the first target angle A is Aii and the second target angle B is Bjj.
En este ejemplo, el dispositivo de control de una máquina de precisión ha recuperado digitalmente las cuatro combinaciones 91-94 del primer y segundo ángulos A y B que más se aproximan a la combinación er para las que se han registrado digitalmente sus tres valores de error previamente. Las cuatro combinaciones 91-94 son las denominadas ε(i,j), ε(i,j+1), ε(i+1,j) y ε(i+1,j+1), cada uno con un primer ángulo A igual a cualquiera de A(i) o A(i+1), y cada uno con un segundo ángulo B igual a cualquiera de B(j) o B(j+1). Como en este ejemplo, se prefiere que cada una de las cuatro combinaciones recuperadas 91- 94 esté en uno diferente a los cuatro cuadrantes que rodean la combinación er. In this example, the control device of a precision machine has digitally retrieved the four combinations 91-94 of the first and second angles A and B that most closely approximate the combination er for which their three error values have been digitally recorded. previously. The four combinations 91-94 are called ε(i,j), ε(i,j+1), ε(i+1,j) and ε(i+1,j+1), each with a prime angle A equal to either A(i) or A(i+1), and each with a second angle B equal to either B(j) or B(j+1). As in this example, it is preferred that each of the four retrieved combinations 91-94 be in a different one than the four quadrants surrounding combination er.
El dispositivo de control interpola los tres valores de error correspondientes a cada una de las cuatro combinaciones recuperadas digitalmente, de manera que los valores de error a lo largo de un mismo eje lineal se interpolan independientemente de los valores de error a lo largo de los otros dos ejes lineales. Preferentemente, la interpolación se realiza teniendo en cuenta la distancia angular de la combinación con el error er a cada una de las cuatro combinaciones recuperadas digitalmente, de este modo, en este ejemplo, los valores de error de la combinación 91 tendrán la mayor contribución en la estimación del valor de error de la combinación er, luego, el valor de error de la combinación 93, después, el valor de error de la combinación 92 y, por último, el valor de error de la combinación 94 será el que tenga la contribución más baja debido a la mayor distancia a la combinación er. Cada una de las tres coordenadas del error, es decir, los tres valores de error, se interpola de esta manera para proporcionar las tres coordenadas del valor de error para la combinación er. The control device interpolates the three error values corresponding to each of the four digitally recovered combinations, such that the error values along the same linear axis they are interpolated independently of the error values along the other two linear axes. Preferably, the interpolation is performed taking into account the angular distance of the combination with the error er to each of the four digitally recovered combinations, thus, in this example, the error values of the combination 91 will have the greatest contribution in the estimate of the error value of combination er, then the error value of combination 93, then the error value of combination 92, and finally the error value of combination 94 will be the one with the lower contribution due to the greater distance to the combination er. Each of the three error coordinates, ie, the three error values, is interpolated in this manner to provide the three error value coordinates for the combination er.
En otras realizaciones, se recuperan digitalmente menos combinaciones (por ejemplo, dos, tres) y sus tres valores de error para la interpolación, o se recuperan digitalmente más combinaciones (por ejemplo, cinco, seis, etc.) y sus tres valores de error para la interpolación. In other embodiments, fewer combinations (eg, two, three) and their three error values are digitally retrieved for interpolation, or more combinations (eg, five, six, etc.) and their three error values are digitally retrieved. for interpolation.
Las figuras 5A a 5D ¡lustran la estimación del cálculo de una interpolación bilineal de acuerdo con las realizaciones. Figures 5A to 5D illustrate calculation estimation of a bilinear interpolation according to the embodiments.
La interpolación bilineal debe calcularse para estimar el valor de error de una combinación 95 del primer y segundo ángulos objetivo como ángulos A y B, de un cabezal giratorio. La interpolación se debe basar en cuatro combinaciones 91-94 que han sido calibradas, es decir, las respectivas combinaciones de los ángulos A y B que se configuraron en el cabezal giratorio cuando se puso una sonda de contacto en contacto con una esfera de referencia para determinar numéricamente el centro de la esfera. Tal y como se muestra en la figura 5A, el cálculo de la interpolación bilineal se puede realizar calculando primero e1 , luego, ε2 y finalmente er para cada uno de los tres valores de error; en este sentido, para los cálculos, los triángulos se pueden definir en la parte superior, en la parte inferior y a la derecha. Los mismos triángulos se muestran en las figuras 5B, 5C y 5D solo por razones de claridad. Bilinear interpolation must be calculated to estimate the error value of a combination of the first and second target angles as angles A and B, of a rotary head. The interpolation should be based on four combinations 91-94 that have been calibrated, i.e. the respective combinations of angles A and B that were set on the rotary head when a contact probe was brought into contact with a reference sphere for Determine numerically the center of the sphere. As shown in Figure 5A, the calculation of the bilinear interpolation can be performed by first calculating e1 , then ε2 and finally er for each of the three error values; in this sense, for calculations, triangles can be defined at the top, at the bottom and to the right. The same triangles are shown in Figures 5B, 5C and 5D for clarity only.
Los siguientes cálculos deben realizarse para cada uno de los tres valores de error de las combinaciones 91-95 de acuerdo con las ilustraciones de las figuras 5A-5D. The following calculations should be performed for each of the three error values of the combinations 91-95 according to the illustrations in Figures 5A-5D.
En primer lugar, se debe calcular e1 (véanse las figuras 5A y 5B):
Figure imgf000029_0001
First, e1 must be calculated (see Figures 5A and 5B):
Figure imgf000029_0001
Luego, se debe calcular e2 (véanse las figuras 5A y 5C):
Figure imgf000029_0003
Then, e2 must be calculated (see figures 5A and 5C):
Figure imgf000029_0003
Luego, se realiza el cálculo parcial de er (véanse las figuras 5A y 5D):
Figure imgf000029_0002
Then, the partial calculation of er is performed (see figures 5A and 5D):
Figure imgf000029_0002
Figure imgf000030_0001
Figure imgf000030_0001
Esto significa que las coordenadas X, Y y Z del error para la combinación 95 (del primer y segundo ángulos objetivo) se calculan respectivamente como:
Figure imgf000030_0002
This means that the X, Y, and Z coordinates of the error for combination 95 (of the first and second target angles) are respectively calculated as:
Figure imgf000030_0002
La figura 6 muestra esquemáticamente el sistema de coordenadas de una máquina de precisión 10 cuando algunas herramientas están dispuestas en el segundo miembro, como herramienta del mismo. Fig. 6 schematically shows the coordinate system of a precision machine 10 when some tools are arranged on the second member, as the tool thereof.
En algunas máquinas, el sistema de coordenadas XΎ'Z' de la máquina de precisión 10 es tal que la herramienta coincide con el eje -Y' (es decir, Y negativo). Sin embargo, para la combinación de A = 180° y B = 0°, tanto el sistema de coordenadas CΎ'Z' de la máquina 10 como el sistema de coordenadas global XYZ coinciden. In some machines, the XΎ'Z' coordinate system of the precision machine 10 is such that the tool coincides with the -Y' axis (ie, negative Y). However, for the combination of A = 180° and B = 0°, both the coordinate system CΎ'Z' of the machine 10 and the global coordinate system XYZ coincide.
Las transformaciones de las correcciones de error pueden tener que hacerse en función de la configuración de la máquina de precisión 10 y/o la configuración de la herramienta, por ejemplo, dependiendo de los modelos de las herramientas utilizadas, que tienen diferentes configuraciones de hardware/software. Solo a modo de ejemplo, las transformaciones descritas con referencia a esta figura y a la figura 7 se pueden aplicar a las correcciones de error cuando la máquina de precisión 10 está utilizando una configuración de fresado o una configuración de perforación. The transformations of the error corrections may have to be done depending on the configuration of the 10 precision machine and/or the configuration of the tool, for example, depending on the models of the tools used, which have different hardware configurations/ software. By way of example only, the transformations described with reference to this figure and to figure 7 can be applied to error corrections when the precision machine 10 is using a milling configuration or a drilling configuration.
En estos casos, para transformar un vector de corrección de errores V del sistema de coordenadas global al sistema de coordenadas de la máquina 10, la transformación necesaria que hay que aplicar es: V’ = T * V; donde T es:
Figure imgf000031_0001
In these cases, to transform an error correction vector V from the global coordinate system to the machine coordinate system 10, the necessary transformation to be applied is: V' = T * V; where T is:
Figure imgf000031_0001
Además, para transformar el vector de corrección de errores V del sistema de coordenadas de la máquina 10 al sistema de coordenadas global, la transformación necesaria que hay que aplicar es: V = T * V’; donde T es:
Figure imgf000031_0002
Furthermore, to transform the error correction vector V from the machine coordinate system 10 to the global coordinate system, the necessary transformation to be applied is: V = T * V'; where T is:
Figure imgf000031_0002
En las dos transformaciones anteriores y en las transformaciones descritas con relación a la figura 7, cA = cos(A), sA = sen(A), cB = cos(B), sB = sen(B) y K = cos(45°). In the two previous transformations and in the transformations described in relation to figure 7, cA = cos(A), sA = sin(A), cB = cos(B), sB = sin(B) and K = cos(45°).
La figura 7 muestra esquemáticamente el sistema de coordenadas de una máquina de precisión 10 cuando algunas herramientas están dispuestas en el segundo miembro, como herramienta del mismo. En algunas otras máquinas, el sistema de coordenadas X'Y'Z de la máquina de precisión 10 es tal que la herramienta coincide con el eje -Z (es decir, Z negativo). Sin embargo, para la combinación de A = 0° y B = 0°, tanto el sistema de coordenadas X'Y'Z de la máquina 10 como el sistema de coordenadas global XYZ coinciden. Fig. 7 schematically shows the coordinate system of a precision machine 10 when some tools are arranged on the second member, as the tool thereof. On some other machines, the X'Y'Z coordinate system of the precision machine 10 is such that the tool coincides with the -Z axis (ie, negative Z). However, for the combination of A=0° and B=0°, both the X'Y'Z coordinate system of the machine 10 and the global XYZ coordinate system coincide.
En estos casos, para transformar un vector de corrección de errores V del sistema de coordenadas global al sistema de coordenadas de la máquina 10, la transformación necesaria que hay que aplicar es: V’ = T * V; donde T es:
Figure imgf000032_0001
In these cases, to transform an error correction vector V from the global coordinate system to the machine coordinate system 10, the necessary transformation to be applied is: V' = T * V; where T is:
Figure imgf000032_0001
Además, para transformar el vector de corrección de errores V del sistema de coordenadas de la máquina 10 al sistema de coordenadas global, la transformación necesaria que hay que aplicar es: V = T * V’; donde T es:
Figure imgf000032_0002
Furthermore, to transform the error correction vector V from the machine coordinate system 10 to the global coordinate system, the necessary transformation to be applied is: V = T * V'; where T is:
Figure imgf000032_0002
En este texto, los términos primero, segundo, tercero, etc. se han utilizado en el presente documento para describir varios dispositivos, elementos o parámetros, se entenderá que los dispositivos, elementos o parámetros no deben estar limitados por estos términos, ya que los términos solo se usan para distinguir un dispositivo, elemento o parámetro de otro. Por ejemplo, el primer miembro también podría llamarse segundo miembro, y el segundo miembro podría llamarse primer miembro sin desviarse del ámbito de esta divulgación. In this text, the terms first, second, third, etc. have been used herein to describe various devices, items, or parameters, it is understood that devices, items, or parameters should not be limited by these terms, as the terms are only used to distinguish one device, element or parameter from another. For example, the first member could also be called the second member, and the second member could be called the first member without departing from the scope of this disclosure.
En este texto, el término "comprende" y sus derivados (como "comprendiendo", etc.) no se deben entender en un sentido excluyente, es decir, estos términos no deberían de interpretarse como que excluyen la posibilidad de que lo que se describe y define pudiera incluir elementos o etapas adicionales, etc. In this text, the term "comprising" and its derivatives (such as "comprising", etc.) should not be understood in an exclusive sense, that is, these terms should not be interpreted as excluding the possibility that what is described and defines could include additional elements or stages, etc.
Por otra parte, la presente invención obviamente no se limita a las realizaciones específicas descritas en el presente documento, sino que también abarca cualquier variación que pueda ser considerada por cualquier persona experta en la materia (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro del alcance general de la invención, tal y como se define en las reivindicaciones. On the other hand, the present invention is obviously not limited to the specific embodiments described herein, but also covers any variations that can be considered by any person skilled in the art (for example, regarding the choice of materials, dimensions, components, configuration, etc.), within the general scope of the invention, as defined in the claims.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un método para estimar errores en el posicionamiento de un cabezal giratorio (20) de una máquina de precisión (10), que comprende: 1. A method for estimating errors in the positioning of a rotary head (20) of a precision machine (10), comprising:
- dotar a la máquina de precisión (10) del cabezal giratorio (20), comprendiendo el cabezal giratorio (20) al menos un primer y un segundo miembros (22, 24), estando el primer miembro (22) acoplado a la máquina de precisión (10) de manera que el primer miembro puede girar (30) alrededor de un primer eje (31), y estando el segundo miembro (24) acoplado al primer miembro (22) de manera que el segundo miembro (24) puede girar (40) alrededor de un segundo eje (41); - equipping the precision machine (10) with the rotating head (20), the rotating head (20) comprising at least a first and a second member (22, 24), the first member (22) being coupled to the machine precision (10) so that the first member can rotate (30) about a first axis (31), and the second member (24) being coupled to the first member (22) so that the second member (24) can rotate (40) about a second axis (41);
- disponer una sonda de contacto (51 ) en el segundo miembro (24); - arranging a contact probe (51) in the second member (24);
- contactar una esfera de referencia (60) con la sonda de contacto (51) una pluralidad de veces, presentando el cabezal giratorio (20) diferentes combinaciones (91-94) del primer y segundo ángulos (A, B), siendo el primer ángulo (A) el ángulo del primer miembro (22) alrededor del primer eje (31), y siendo el segundo ángulo (B) el ángulo del segundo miembro (24) alrededor del segundo eje (41); - contacting a reference sphere (60) with the contact probe (51) a plurality of times, the rotary head (20) presenting different combinations (91-94) of the first and second angles (A, B), the first being angle (A) being the angle of the first member (22) around the first axis (31), and the second angle (B) being the angle of the second member (24) around the second axis (41);
- determinar digitalmente una posición de un centro de la esfera de referencia (60) para cada combinación (91-94) del primer y segundo ángulos (A, B) del cabezal giratorio (20) de la etapa de contacto; - digitally determining a position of a center of the reference sphere (60) for each combination (91-94) of the first and second angles (A, B) of the rotating head (20) of the contact stage;
- registrar digitalmente valores de error ( εp_x, ep_y, εp_z), siendo cada valor de error ( εp_x, ep_y, εp_z) una diferencia entre una posición determinada y una posición de referencia predeterminada para el centro de la esfera de referencia (60) a lo largo de la dirección de uno de los tres ejes lineales (X, Y, Z), registrándose los tres valores de error junto con datos indicativos de cada combinación (91-94) del primer y segundo ángulos (A, B) del cabezal giratorio (20) cuando la esfera de referencia (60) es contactada con la sonda de contacto (51); - retirar la sonda de contacto (51) del segundo miembro (24) y disponer una herramienta (50) en el segundo miembro (24); y - antes y/o durante el procesamiento de una pieza de trabajo (55), presentando el cabezal giratorio (20) una combinación (95) de un primer ángulo objetivo, como primer ángulo (A), y un segundo ángulo objetivo, como segundo ángulo (B), y estando la herramienta (50) dispuesta en el mismo: recuperar digitalmente una pluralidad de errores registrados cuyas combinaciones (91-94) del primer y segundo ángulos (A, B) se aproximan más al primer y segundo ángulos objetivo, respectivamente, comprendiendo cada error registrado sus tres valores de error (er_c, sp_y, er_z) respectivos; y estimar digitalmente los valores de error ( εp_x, ep_y, εp_z) a lo largo de la dirección de cada eje lineal (X, Y, Z) para la combinación (95) del primer y segundo ángulos objetivo interpolando los valores de error (er_c, sp_y, er_z) de la pluralidad de errores registrados recuperados digitalmente en función de las respectivas combinaciones (91-95) del primer y segundo ángulos (A, B). - digitally recording error values ( εp_x, ep_y, εp_z), each error value ( εp_x, ep_y, εp_z) being a difference between a determined position and a predetermined reference position for the center of the reference sphere (60) a along the direction of one of the three linear axes (X, Y, Z), recording the three error values together with data indicative of each combination (91-94) of the first and second angles (A, B) of the rotating head (20) when the reference sphere (60) is contacted with the probe. contact (51); - removing the contact probe (51) from the second member (24) and arranging a tool (50) in the second member (24); and - before and/or during processing of a workpiece (55), the rotary head (20) presenting a combination (95) of a first target angle, as first angle (A), and a second target angle, as second angle (B), and the tool (50) being arranged therein: digitally retrieving a plurality of recorded errors whose combinations (91-94) of the first and second angles (A, B) are closest to the first and second angles target, respectively, each recorded error comprising its three respective error values (er_c, sp_y, er_z); and digitally estimate the error values ( εp_x, ep_y, εp_z) along the direction of each linear axis (X, Y, Z) for the combination (95) of the first and second target angles by interpolating the error values (er_c , sp_y, er_z) of the plurality of recorded errors digitally recovered as a function of the respective combinations (91-95) of the first and second angles (A, B).
2. El método de la reivindicación 1, que además comprende mover la máquina de precisión (10) para compensar los valores de error (εp_x, ep_y, εp_z) estimados digitalmente. The method of claim 1, further comprising moving the precision machine (10) to compensate for digitally estimated error values (εp_x, ep_y, εp_z).
3. El método de la reivindicación 2, que además comprende convertir los valores de error ( εp_x, ep_y, εp_z ) estimados digitalmente a partir de unas coordenadas cartesianas globales en coordenadas cartesianas de la máquina de precisión (10); y en donde el movimiento de la máquina de precisión (10) se basa en los valores de error ( εp_x, ep_y, εp_z) convertidos en las coordenadas cartesianas de la máquina de precisión (10). The method of claim 2, further comprising converting the digitally estimated error values ( εp_x, ep_y, εp_z ) from global Cartesian coordinates into precision machine (10) Cartesian coordinates; and where the movement of the precision machine (10) is based on the error values (εp_x, ep_y, εp_z) converted into the Cartesian coordinates of the precision machine (10).
4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las etapas de recuperación digital y de estimación digital se llevan a cabo durante la etapa de procesamiento de la pieza de trabajo (55) con la herramienta (50). The method of any one of the preceding claims, wherein the digital retrieval and digital estimation steps are performed during the step of processing the workpiece (55) with the tool (50).
5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada valor de error ( εp_x, ep_y, εp_z) corresponde a una coordenada cartesiana diferente de tres coordenadas cartesianas (X, Y, Z). The method of any one of the preceding claims, wherein each error value ( εp_x, ep_y, εp_z) corresponds to a Cartesian coordinate different from three Cartesian coordinates (X, Y, Z).
6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la pluralidad de errores registrados que se recuperan digitalmente son cuatro errores registrados; cada uno de los cuatro errores registrados presenta una combinación (91-94) de un primer y un segundo ángulos (A, B) de modo que la combinación esté en un cuadrante diferente de cuatro cuadrantes que rodean la combinación (95) del primer y segundo ángulos objetivo. The method of any one of the preceding claims, wherein the plurality of logged errors that are digitally recovered are four logged errors; each of the four recorded errors presents a combination (91-94) of a first and a second angle (A,B) such that the combination is in a different quadrant of four quadrants surrounding the combination (95) of the first and second target angles.
7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la interpolación para estimar digitalmente los valores de error (εp_x, ep_y, εp_z) a lo largo de la dirección de cada eje lineal (X, Y, Z) es o comprende una interpolación bilineal. The method of any one of the preceding claims, wherein the interpolation to digitally estimate the error values (εp_x, ep_y, εp_z) along the direction of each linear axis (X, Y, Z) is or comprises a bilinear interpolation.
8. Una máquina de precisión (10) que comprende: - un cabezal giratorio (20) que comprende al menos un primer y un segundo miembros (22, 24), estando el primer miembro (22) acoplado a la máquina de precisión (10) de manera que el primer miembro (22) puede girar (30) alrededor de un primer eje (31), y estando el segundo miembro (24) acoplado al primer miembro (22) de manera que el segundo miembro (24) puede girar (40) alrededor de un segundo eje (41 ); 8. A precision machine (10) comprising: - a rotating head (20) comprising at least a first and a second member (22, 24), the first member (22) being coupled to the precision machine (10 ) so that the first member (22) can rotate (30) around a first axis (31), and the second member (24) being coupled to the first member (22) so that the second member (24) can rotate (40) around a second axis (41);
- una sonda de contacto (51 ) adaptada para un acoplamiento separable con el segundo miembro (24); - a contact probe (51) adapted for detachable engagement with the second member (24);
- una herramienta (50) adaptada para un acoplamiento separable con el segundo miembro (24); y - un dispositivo de control (100) configurado al menos para: - a tool (50) adapted for releasable engagement with the second member (24); and - a control device (100) configured at least for:
cambiar el primer y segundo ángulos (A, B) del cabezal giratorio (20), siendo el primer ángulo (A) el ángulo del primer miembro (22) alrededor del primer eje (31), siendo el segundo ángulo (B) el ángulo del segundo miembro (24) alrededor del segundo eje (41); ■ mover la máquina de precisión (10) cuando la sonda de contacto (51) está acoplada al segundo miembro (24) para ponerla en contacto con una esfera de referencia (60) una pluralidad de veces, presentado con el cabezal giratorio (20) diferentes combinaciones (91-94) del primer y segundo ángulos (A, B); ■ determinar una posición del centro de la esfera de referencia (60) para cada combinación (91-94) del primer y segundo ángulos (A, B) del cabezal giratorio (20) cuando la esfera de referencia (60) es contactada con la sonda de contacto (51 ); changing the first and second angles (A, B) of the rotating head (20), the first angle (A) being the angle of the first member (22) around the first axis (31), the second angle (B) being the angle of the second member (24) about the second axis (41); ■ move the precision machine (10) when the contact probe (51) is attached to the second member (24) to contact a reference sphere (60) a plurality of times, presented with the rotary head (20) different combinations (91-94) of the first and second angles (A, B); ■ determine a position of the center of the reference sphere (60) for each combination (91-94) of the first and second angles (A, B) of the rotating head (20) when the reference sphere (60) is contacted with the contact probe (51);
registrar valores de error (εp_x, ep_y, εp_z ), siendo cada valor de error (εp_x, ep_y, εp_z ) una diferencia entre una posición determinada y una posición de referencia predeterminada para el centro de la esfera de referencia (60) a lo largo de la dirección de uno de los tres ejes lineales (X, Y, Z), registrándose los tres valores de error junto con datos indicativos de cada combinación (91-94) del primer y segundo ángulos (A, B) del cabezal giratorio (20) cuando la esfera de referencia (60) es contactada con la sonda de contacto (51 ); record error values (εp_x, ep_y, εp_z ), each error value (εp_x, ep_y, εp_z ) being a difference between a given position and a predetermined reference position for the center of the reference sphere (60) along along the direction of one of the three linear axes (X, Y, Z), recording the three error values together with data indicative of each combination (91-94) of the first and second angles (A, B) of the rotary head (20) when the reference sphere (60) is contacted with the contact probe (51);
procesar una pieza de trabajo (55) moviendo la máquina de precisión (10) tanto cuando la herramienta (50) está acoplada al segundo miembro (24) como cuando el cabezal giratorio (20) presenta una combinación (95) de un primer ángulo objetivo, como primer ángulo (A), y un segundo ángulo objetivo, como segundo ángulo (B); processing a workpiece (55) by moving the precision machine (10) both when the tool (50) is coupled to the second member (24) and when the rotary head (20) presents a combination (95) of a first angle target, as the first angle (A), and a second target angle, as the second angle (B);
recuperar una pluralidad de errores registrados cuyas combinaciones (91- 94) del primer y segundo ángulos (A, B) se aproximan más al primer y segundo ángulos objetivo, respectivamente, cuando se procesa la pieza de trabajo (55), comprendiendo cada error registrado sus tres valores de error retrieve a plurality of recorded errors whose combinations (91-94) of the first and second angles (A,B) most closely approximate the first and second target angles, respectively, when the workpiece (55) is processed, including each error logged your three error values
(εp_x, ep_y, εp_z) respectivos; y (εp_x, ep_y, εp_z) respective; Y
estimar los valores de error (εp_x, ep_y, εp_z) a lo largo de la dirección de cada eje lineal (X, Y, Z) para la combinación (95) del primer y segundo ángulos objetivo interpolando los valores de error (εp_x, ep_y, εp_z) de la pluralidad de errores registrados recuperados en función de las respectivas combinaciones (91-95) del primer y segundo ángulos (A, B) al procesar la pieza de trabajo (55). estimate the error values (εp_x, ep_y, εp_z) along the direction of each linear axis (X, Y, Z) for the combination (95) of the first and second target angles by interpolating the error values (εp_x, ep_y, εp_z) of the plurality of recorded errors recovered based on the respective combinations (91-95) of the first and second angles (A, B) when processing the workpiece (55).
9. La máquina de precisión (10) de la reivindicación 8, en donde el dispositivo de control (100) además está configurado para ajustar el movimiento de la máquina de precisión (10) antes y/o durante el procesamiento de la pieza de trabajo (55) para compensar los valores de error (er_c, sp_y, er_z) estimados. The precision machine (10) of claim 8, wherein the control device (100) is further configured to adjust the movement of the precision machine (10) before and/or during processing of the workpiece. (55) to compensate for the estimated error values (er_c, sp_y, er_z).
10. La máquina de precisión (10) de la reivindicación 9, en donde el dispositivo de control (100) además está configurado para convertir los valores de error (εp_x, ep_y, εp_z) estimados a partir de unas coordenadas cartesianas globales en coordenadas cartesianas de la máquina de precisión (10); y en donde el ajuste del movimiento de la máquina de precisión (10) se basa en los valores de error (εp_x, ep_y, εp_z) convertidos en las coordenadas cartesianas de la máquina de precisión (10). The precision machine (10) of claim 9, wherein the control device (100) is further configured to convert the error values (εp_x, ep_y, εp_z) estimated from global Cartesian coordinates into Cartesian coordinates. precision machine (10); and wherein the adjustment of the movement of the precision machine (10) is based on the error values (εp_x, ep_y, εp_z) converted into the Cartesian coordinates of the precision machine (10).
11. La máquina de precisión (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 8-11. The precision machine (10) of any one of claims 8-
10, en donde el dispositivo de control (100) recupera la pluralidad de errores registrados y estima los valores de error (εp_x, ep_y, εp_z) antes y/o durante el procesamiento de la pieza de trabajo (55). 10, wherein the control device (100) retrieves the plurality of recorded errors and estimates the error values (εp_x, ep_y, εp_z) before and/or during processing of the workpiece (55).
12. La máquina de precisión (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 8-12. The precision machine (10) of any one of claims 8-
11, en donde cada valor de error comprende tres valores (er_c, sp_y, er_z), correspondiendo cada uno de los tres valores a una coordenada cartesiana diferente de tres coordenadas cartesianas (X, Y, Z). 11, wherein each error value comprises three values (er_c, sp_y, er_z), each of the three values corresponding to a Cartesian coordinate different from three Cartesian coordinates (X, Y, Z).
13. La máquina de precisión (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 8- 12, en donde la pluralidad de errores registrados que se recuperan son cuatro errores registrados; cada uno de los cuatro errores registrados presenta una combinación (91-94) de un primer y un segundo ángulos (A, B) de modo que la combinación esté en un cuadrante diferente de cuatro cuadrantes que rodean la combinación (95) del primer y segundo ángulos objetivo. The precision machine (10) of any one of claims 8-12, wherein the plurality of logged errors that are recovered are four logged errors; each of the four recorded errors presents a combination (91-94) of a first and a second angle (A,B) such that the combination is in a different quadrant of four quadrants surrounding the combination (95) of the first and second target angles.
14. La máquina de precisión (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 8- 13, en donde la interpolación para estimar los valores de error (εp_x, ep_y, εp_z) a lo largo de la dirección de cada eje lineal (X, Y, Z) es o comprende una interpolación bilineal. The precision machine (10) of any one of claims 8-13, wherein the interpolation to estimate the error values (εp_x, ep_y, εp_z) along the direction of each linear axis (X, Y , Z) is or comprises a bilinear interpolation.
15. Un producto de programa informático que tiene instrucciones que, cuando se ejecutan mediante un dispositivo de control (100) de una máquina de precisión15. A computer program product having instructions that, when executed by a control device (100) of a precision machine
(10) que comprende un cabezal giratorio (20) con un primer miembro (22) acoplado a la máquina de precisión (10) de manera que el primer miembro (22) puede girar (30) alrededor de un primer eje (31), y un segundo miembro (24) acoplado al primer miembro (22) de manera que el segundo miembro (24) puede girar (40) alrededor de un segundo eje (41), hacen que el dispositivo de control (100) ordene que: (10) comprising a rotary head (20) with a first member (22) coupled to the precision machine (10) such that the first member (22) can rotate (30) around a first axis (31), and a second member (24) coupled to the first member (22) so that the second member (24) can rotate (40) about a second axis (41), cause the control device (100) to command that:
- se contacta una esfera de referencia (60) con una sonda de contacto (51) dispuesta sobre el cabezal giratorio (20) una pluralidad de veces, presentando el cabezal giratorio (20) diferentes combinaciones (91-94) del primer y segundo ángulos (A, B), siendo el primer ángulo (A) el ángulo del primer miembro (22) alrededor del primer eje (31), siendo el segundo ángulo (B) el ángulo del segundo miembro (24) alrededor del segundo eje (41); - a reference sphere (60) is contacted with a contact probe (51) arranged on the rotary head (20) a plurality of times, the rotary head (20) presenting different combinations (91-94) of the first and second angles (A, B), the first angle (A) being the angle of the first member (22) about the first axis (31), the second angle (B) being the angle of the second member (24) about the second axis (41);
- se determine una posición de un centro de la esfera de referencia (60) para cada combinación (91-94) del primer y segundo ángulos (A, B) del cabezal giratorio (20) cuando la esfera de referencia (60) es contactada con la sonda de contacto (51); - a position of a center of the reference sphere (60) is determined for each combination (91-94) of the first and second angles (A, B) of the rotary head (20) when the reference sphere (60) is contacted with the contact probe (51);
- se registren los valores de error ( εp_x, ep_y, εp_z), siendo cada valor de error (εp_x, ep_y, εp_z ) una diferencia entre una posición determinada y una posición de referencia predeterminada para el centro de la esfera de referencia (60) a lo largo de la dirección de uno de los tres ejes lineales (X, Y, Z), registrándose los tres valores de error junto con datos indicativos de cada combinación (91-94) del primer y segundo ángulos (A, B) del cabezal giratorio (20) cuando la esfera de referencia (60) es contactada con la sonda de contacto (51); - se recupere una pluralidad de errores registrados cuyas combinaciones (91-- the error values ( εp_x, ep_y, εp_z ) are recorded, each error value (εp_x, ep_y, εp_z ) being a difference between a given position and a predetermined reference position for the center of the reference sphere (60) along the direction of one of the three linear axes (X, Y, Z), recording the three error values together with data indicative of each combination (91-94) of the first and second angles (A, B) of the rotating head (20) when the reference sphere (60) is contacted with the contact probe (51); - a plurality of registered errors is recovered whose combinations (91-
94) del primer y segundo ángulos (A, B) se aproximan más al primer y segundo ángulos objetivo, respectivamente, de una combinación (95) utilizada o que va a ser utilizada por el cabezal giratorio (20); y 94) of the first and second angles (A, B) are closest to the first and second target angles, respectively, of a combination (95) used or to be used by the rotary head (20); Y
- se estimen los valores de error (εp_x, ep_y, εp_z) a lo largo de la dirección de cada eje lineal (X, Y, Z) para la combinación (95) del primer y segundo ángulos objetivo interpolando los valores de error (εp_x, ep_y, εp_z ) de la pluralidad de errores registrados recuperados en función de las respectivas combinaciones (91-95) del primer y segundo ángulos (A, B). - the error values (εp_x, ep_y, εp_z) are estimated along the direction of each linear axis (X, Y, Z) for the combination (95) of the first and second target angles by interpolating the error values (εp_x , ep_y, εp_z ) of the plurality of recorded errors recovered as a function of the respective combinations (91-95) of the first and second angles (A, B).
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