CN103365246A - 用于数控机床的误差校正的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于数控机床的误差校正的装置，其中，数控机床配备有校准元件，该装置包括：至少一个传感器，其中，上述至少一个传感器被配置用于输出传感器数据，其中，传感器数据对应于校准元件的表面点与上述至少一个传感器之间的距离，或者其中，至少一个传感器的接触元件被校准元件偏转，并且传感器数据对应于接触元件被偏转的距离；移动元件，用于移动上述至少一个传感器；以及控制单元，用于处理来自上述至少一个传感器的传感器数据，并且用于控制移动元件，其中，控制单元被配置用于：接收第一和第二传感器数据；向移动元件输出移动数据，使移动元件移动上述至少一个传感器，以便第一和第二传感器数据之差变小到小于或等于阈值为止；以及基于上述至少一个传感器的移动，确定刀具头的定位误差。

Description

用于数控机床的误差校正的装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定计算机数控（CNC）机床的定位误差的方法和装置。特别地，本发明涉及一种用于确定CNC机床刀具头（tool head）和/或数控机床工作台的定位误差的方法和装置。
背景技术
EP1549459教导了一种用于确定数控机床刀具或机床工作台的定位误差的方法和装置，其中，支撑基座（support base）配备有多个距离传感器以确定配备有球体（ball）的量规刀具（gauge tool）的笛卡尔坐标。为了确定刀具的定位误差，多个距离传感器测量与球体的各个距离。然后，刀具头或工作台执行角向运动，然而与此同时，机床执行圆周运动或螺旋反向运动以致量规刀具的球体保持在其位置。然后，多个距离传感器再次测量与球体的各个距离。由于刀具头的定位误差，这些距离可能不同。然后，机床相对于笛卡尔坐标轴执行直线运动，以便多个距离传感器再次测量若干原始距离，然而与此同时，刀具头或工作台的角位置保持固定。通过这种补偿运动，刀具头或工具台的定位误差可以被确定为直线运动，所述直线运动对于补偿刀具或工作台的定位误差来说是必须的。
EP1549459的装置存在这样的缺点，即数控机床的控制必须能够读取并处理来自于多个传感器的数据。当多个传感器和数控机床之间没有可用的通用接口时，例如由于两种装置产自于不同的制造商，这可能是不利的。
鉴于上述现有技术，需要一种用于确定数控机床，尤其是数控机床刀具和/或数控机床工作台的定位误差的方法和装置，其独立于数控机床的控制而工作，而且不需要与数控机床的控制相连的通用接口。
因此，本发明的目的在于克服前述的现有技术缺陷。
发明内容
本发明提供了一种用于确定数控机床的定位误差的方法，其中，所述数控机床配备有校准元件，所述校准元件处于第一位置，所述方法包括下列步骤：
当所述校准元件处于第一位置时，从至少一个传感器读取第一传感器数据；
其中，所述传感器数据对应所述校准元件表面一点与所述至少一个传感器之间的距离；或者
其中，所述至少一个传感器的接触元件被所述校准元件偏转（deflected），并且所述传感器数据对应所述接触元件被偏转的距离；
操作所述数控机床执行校准移动，理想地，所述校准移动将所述校准元件保留在所述第一位置处；
当所述校准元件处于第二位置时，从所述至少一个传感器读取第二传感器数据，其中，所述第二位置指所述校准元件在所述校准移动已经执行之后的实际位置；
使所述至少一个传感器移动，以使得所述第一和第二传感器数据之间的差减小，直到所述差变得小于或等于预定阈值为止；以及
基于所述至少一个传感器的移动来确定所述数控机床的定位误差。
计算机数控（CNC）机床可以是在本领域中已知的任何CNC机床，尤其是一种机床刀具和/或机器人。CNC机床可以按照沿刀具中心点旋转（Rotationsalong Tool Center Point,RTCP）的模式操作。CNC机床可以包括刀具头，特别是旋转头，比如双向旋转的铣头。CNC机床可以包括机床工作台，特别是可移动工作台，比如旋转工作台和/或旋转倾斜台。刀具头和/或机床工作台可以配备有校准元件。
刀具头可以指CNC机床与刀具之间，特别地，是与诸如铣、钻或切之类的整形刀具之间的接口。如测量或测试刀具之类的其他刀具也是可能的。为了执行上述方法，优选地用校准元件来代替可移动刀具。然而，将刀具自身用作校准元件也是可能的，这在刀具不能移动或者难以移动的情况下也是有利的。
机床工作台可以对工件执行握持（holding）和/或移动，特别是旋转。为了执行上述方法，优选地用所述校准元件来代替工件。所述校准元件可以被置于工作台上或者固定于工作台。
校准元件可以包括实心或中空的球，特别是以如金属之类的硬质材料制成的球。所述球可以具有球体的形状，其中，所述形状可以具有高几何精度，但是在几何上无需是完美的。所述球可以通过圆柱体连接到刀具头。校准元件的其他形状也是可能的。特别地，校准元件可以包括椭圆体和/或圆柱体。
所述至少一个传感器可以是一个、两个、三个或超过三个的传感器，其可以被安装在公共的支撑基座上。
所述一个或多个传感器可以是距离传感器，其输出传感器数据，所述传感器数据对应于校准元件表面一点与传感器之间的距离。特别地，距离传感器可以是不与校准元件物理接触的传感器。例如，一个或多个传感器可以是光学传感器、电容式传感器和/或电感式传感器。
所述一个或多个传感器可以是接触点传感器和/或千分表/刻度盘指示器，其包括可偏转部分（deflectable portion）和不可偏转部分。可偏转部分可以包括与校准元件，尤其是与校准元件表面一点进行接触的接触元件。所述一个或多个接触点传感器输出传感器数据，所述传感器数据对应于接触元件，尤其是其可偏转部分被校准元件偏转的距离，尤其是被校准元件表面一点偏转的距离。特别地，接触点传感器包括几何传感器轴，接触元件可以沿该几何传感器轴被偏转。然后，接触元件被校准元件表面上的那一点所偏转，该点在所述几何传感器轴上。
在所述方法的一个步骤中，当所述校准元件处于所述第一位置时，所述至少一个传感器输出第一传感器数据。也就是说，第一传感器数据表示所述校准元件，尤其是其球中心的第一位置。这个第一位置可以是CNC控制单元已知，而所述至少一个传感器未知的。然而，没有必要通过第一传感器数据去计算所述校准元件的第一位置。特别地，用校准元件上的哪一点去表示所述第一位置并不重要。特别地，传感器不需要被正交定位。实际上，它们不需要很精确地定位。
在所述方法的另一步骤中，CNC机床***作以执行单个移动或一系列移动，所述移动根据CNC控制不会将校准元件，特别是将其球的中心从第一位置移开。CNC机床可以***作以使刀具头和/或其机床工作台执行单个移动或一系列移动，所述移动根据CNC控制不会将校准元件，特别是其球的中心从第一位置移开。CNC机床可以操作于RTCP模式，同时执行所述单移动或系列移动。这样的移动可以包括绕不同的轴进行旋转。特别地，当校准元件包括球时，第一位置可以通过CNC控制由球的中心来表示。然后，没有将校准元件移开其第一位置的移动意指球的中心没有移动。然而，球可以绕任何通过其中心的轴旋转。如果所述球通过如圆柱体之类的元件被连接到CNC机床，特别是连接到刀具头或其机床工作台，则所述元件自身在所述移动中可能被移动。
尽管理想地，即根据CNC控制，校准元件，特别是其球的中心在移动过程中没有被移动，然而事实上它可能已经移动，原因在于CNC机床，特别是其刀具头或机床工作台的几何机械误差所导致的定位误差。也就是说，此刻校正元件，特别是其球的中心的实际位置既不为CNC控制所知，也不为所述至少一个传感器所知。实际上，CNC控制假设校准元件的第一和第二位置是一样的。
在所述方法的另一步骤中，当校准元件，尤其是其球的中心处于移动后的位置时，所述至少一个传感器输出第二传感器数据。校准元件表面上的该点可以与对应于所述第一传感器数据的点不同或相同。第二传感器数据表示校准元件的第二位置，尤其表示其球的中心。
在所述方法的另一步骤中，所述至少一个传感器被致使移动，以使得第一和第二传感器数据之间的差，尤其是绝对差减少，从而部分或完全地通过传感器移动补偿定位误差。所述移动可以被间隙地或实时地监控，并且根据反馈来调节。作为替换，这个移动可以提前从第一和第二传感器数据中被部分或完全计算出来，指示传感器移动的所述第一和第二传感器数据可以被存储用于进一步的处理。
所述至少一个传感器可以包括用于移动所述至少一个传感器的移动元件，或者所述至少一个传感器可以被安装到所述移动元件。所述至少一个传感器还可以被安装到支撑基座，所述支撑基座包括用于移动所述支撑基座的移动元件，或者所述至少一个传感器可以被安装到所述移动元件。特别地，至少两个传感器，优选的为三个传感器，可以被安装到公共支撑基座，所述支撑基座配备有用于移动该支撑基座，并因此同时移动传感器的移动元件。
当第一和第二传感器数据之差，尤其是绝对差变得小于或等于阈值时，当前传感器数据在可接受范围内等于第一传感器数据。所述阈值可以是所述至少一个传感器和/或CNC机床控制的刻度或精度。所述阈值可以是第一传感器数据的百分比，特别的是其1%或0.1%，或者对应一个固定值，特别的是10μm、优选是5μm，或者更优选是3μm。该值越小，结果越精确。
在所述方法的另一步骤中，刀具头的定位误差，特别是其球中心的定位误差，基于所述至少一个传感器的移动来确定，所述定位误差与刀具头、尤其与其球中心的移动相关。所述至少一个传感器的移动可以是所有被执行的移动的叠加，以使得当前的传感器数据在上述范围内等于第一传感器数据。更特别地，所述误差可以从指示所述至少一个传感器的移动的数据来确定。这具有这样的优点，即所述至少一个传感器和CNC机床控制之间的通用接口不是确定位置误差所必需的。
所述方法还可以包括步骤：从第一和第二传感器数据、特别是从其差值确定第一补偿方向，这样所述至少一个传感器在第一补偿方向的移动将减小第一和第二传感器值之差，并且使得所述至少一个传感器在第一补偿方向移动。
通过比较第一和第二传感器数据，特别是从第一和第二传感器数据之差，校准元件的第一和第二位置变化的方向可以被确定。换言之，从第一和第二传感器数据之差，校对元件在移动过程中的移动方向可以被确定。该方向不必是校准元件相对于移动的实际位移矢量的确切方向。这具有这样的优点，即测量不用精确。于是，第一补偿方向可以是所述方向相反的方向，因此所述至少一个传感器在第一补偿方向上的移动会完全或部分地补偿位移矢量，并且因此减小第一和第二传感器数据之差，尤其是绝对差。
确定第一补偿方向的步骤可以包括确定速度矢量，以使得相应的移动将在第一补偿方向上移动所述至少一个传感器。
确定第一补偿方向的步骤还包括确定第一补偿值，所述第一补偿值可以指示在第一补偿方向上的距离，其中，所述距离可以对应通过在第一补偿方向上移动所述至少一个传感器来完全或部分补偿位移矢量的必需的距离。
所述至少一个传感器可以被致使在第一补偿方向上移动，以完全或部分地补偿第一和第二传感器数据之差，其中，所述至少一个传感器可以被致使移动进入所述方向一段预设时间。该预设时间可以是节拍时间，即在第一补偿方向上的移动将被初始化，并且一直被保持到基于后续读取的传感器数据确定不同的补偿方向为止。
作为替换，所述至少一个传感器可以被致使移动到所述方向上一段预设或计算的距离。预设距离可以是一个恒定增量，其可以对于所述传感器移动都相同，特别地，其可以与第一补偿方向无关。计算的距离可以是第一补偿值，或者是基于该第一补偿值计算的。
特别地，在所述致使步骤中，所述方法还包括执行闭环，所述闭环包括步骤：从所述至少一个传感器读取当前的传感器数据；从第一和当前传感器数据、特别是从其差中确定当前补偿方向，这样所述至少一个传感器在当前补偿方向上的移动将减小第一和第二传感器数据之差，并且致使所述至少一个传感器在当前补偿方向上移动。
读取当前传感器数据的步骤可以被实施为环中第一步骤，或者靠后的步骤。特别地，在环的第一次执行中，当前的传感器数据可以是第二传感器数据。
所述至少一个传感器的传感器数据可以被连续地监控，以使得当前的传感器数据被连续读取。当前的传感器数据也可以以特定的时间间隔被读取。所述时间间隔可以是节拍时间(takt time)，或其一小部分，或其倍数。从第一和当前传感器数据之差可以确定当前的补偿方向。当前补偿方向可以是由第一和当前传感器数据之差定义的方向的相反方向。
确定当前补偿方向的步骤还可以包括确定当前补偿值，当前补偿值可以指通过在当前补偿方向上移动所述至少一个传感器来完全或部分补偿位移矢量所必需的距离。
所述至少一个传感器可以被致使移动到当前补偿方向上一段预设时间。所述预设时间可以是节拍时间。也就是说，在当前补偿方向上的移动将被初始化，并且被保持到在随后循环（loop）中确定一个不同的补偿方向为止。
作为替换，所述至少一个传感器可以被移动预设或计算的距离。预设距离可以是一个恒定增量，该恒定增量对于所有传感器移动来说可以是相同的，并且特别地可以与当前补偿方向无关。计算距离可以是当前补偿值，或者可以基于该当前补偿值来计算。
在移动过程中或者在移动之后，当前传感器数据可以被再次读取，并且循环可以用新的传感器数据重新开始。在循环结束时，可以确定当前和第一传感器数据之差、尤其是其绝对差是否降至阈值之下。如果是，循环结束。
所述方法，尤其是确定第一和/或当前补偿方向的步骤可以包括将传感器数据传送到与预先确定的坐标系相关的组件中，特别地，该坐标系是正交坐标系。
所述至少一个传感器可以包括一个几何传感器轴，传感器数据可以对应于该几何传感器轴上的距离。特别地，传感器轴可以是固定的。然后，对应于几何传感器轴上的距离的位移矢量能够按照预先确定的坐标系来表达。这个坐标系可以是正交的，即优选是一个正交坐标系，比如是笛卡尔坐标系。位移矢量还可以被分解成与该坐标系相关的分量。
特别地，在用到具有坐标x，y和z的笛卡尔坐标系时，传感器数据可以用三个分量Sx，Sy和Sz来表达，因此几何传感器轴上的距离S满足S2=Sx 2+Sy 2+Sz 2。类似地，在使用至少两个传感器时，各个几何传感器轴上的各个距离S1,S2等可以用分别的坐标S1,x,S1,y,S1,z,S2,x,S2,y,S2,z,等来表达。
读取第一、第二和/或当前的传感器数据可以包括从至少两个传感器读取第一、第二和/或当前的传感器数据，其中，确定第一和/或当前的补偿方向可以包括确定与预先确定的坐标系，特别是正交坐标系相关的速度矢量，因此至少一个传感器的相应移动会减小第一和当前的传感器数据的绝对差。
特别地，确定速度矢量可以包括将速度矢量的分量加权在第一和当前的传感器数据的分量的相对差之上。
作为替换，确定第一和/或当前的补偿方向可以包括求至少两个传感器的各个分量的平均值，或者采用具有最大绝对值的相应分量，或者采用具有最低绝对值的相应分量。
特别地，读取第一、第二和/或当前的传感器数据可以包括从至少三个传感器读取第一、第二和/或当前的传感器数据，其中，确定第一和/或当前的补偿方向可以包括确定与预先确定的坐标系，特别是正交坐标系相关的速度矢量的分量，因此至少一个传感器的对应移动会减小第一和当前的传感器数据的绝对差，其中，确定速度矢量可以包括将速度矢量的分量加权（weighting）在传感器的第一和当前的传感器数据的分量的相对差之上。
所述阈值可以按照坐标系来表达，特别地，该阈值可以按照与坐标系相关的分量来表达，或者按照传感器数据来表达。换言之，该阈值可以直接按照传感器数据来表达，或者按照预先确定的坐标系来表达。
特别地，在使用笛卡尔坐标系时，阈值T可以用与笛卡尔坐标x，y和z相关的分量Tx,Ty,Tz来表达。然后，阈值条件可以表达为Sx≤Tx,Sy≤Ty和Sz≤Tz。阈值T对于每个传感器来说可以是相同或不同的。也就是说，例如对于两个传感器来说可以具有条件S1≤T1和S2≤T2，其中，T1和T2可以相同或不同。
所述至少一个传感器可以被致使沿着坐标系的至少一条坐标轴平移。特别地，当使用笛卡尔坐标系时，至少一个传感器可以被致使沿着x，y和z轴平移。至少一个传感器可以包括一个移动元件，或者被固定到一个移动元件，其中，该移动元件包括至少一个马达，例如电动马达，其中，该至少一个马达被配置成沿x轴、y轴或z轴平移至少一个传感器。移动元件可以包括至少三个马达，例如电动马达，其中所述至少三个马达中的至少一个被配置成分别沿x轴、y轴和z轴平移所述至少一个传感器。
所述至少一个传感器可以被致使分别沿着坐标系的每条坐标轴移动。换言之，至少三个马达可以被分别控制。
至少两个传感器可以被致使一起移动，特别的，至少两个传感器可以被固定到一个公共的支撑基座。至少两个传感器可以被安装到该支撑基座上，其中，至少两个传感器可以被直接或者经由例如基架或托座的一个或多个元件被固定到该支撑基座。基架和/或托座可以包括一个或多个圆柱体。支撑基座可以包括用于移动该支撑基座，继而移动至少两个传感器的移动元件。
至少两个传感器可以被安排以使得部分的传感器的轴不平行。特别地，至少两个传感器，特别是至少三个传感器，可以被安排以使得其至少两个传感器，特别是至少三个传感器具有相互不平行的传感器轴。至少两个传感器还可以被安排以使得所有的传感器轴相互不平行。
三个传感器可以被固定在平行于支撑基座表面形成的虚构三角形的各边上，其中，每个传感器指向该三角形的中心并且倾斜于支撑基座的表面。在此，虚构的意指在表面上或表面上方无需指出一个实际的三角形。特别地，三个传感器可以固定在一个虚构的等边三角形的各边上，其中，处于其第一位置的校准元件可以位于该三角形中心之上。三个传感器可以与表面倾斜成一个倾斜角度，其中，该角度可以在40°到80°的范围内，优选的是50°到70°或者55°到65°，或者基本上为60°，其中，基本上意指倾斜角度可以与60°相差一个可接受值。三个传感器的倾斜角度可以相同或不同。特别地，三个传感器中的至少一个，优选的是三个传感器中的至少两个或全部可以指向校准元件的球的中心。三个传感器可以这样指向，以使得三个传感器的传感器轴相互之间至少形成90°角。当使用笛卡尔坐标系时，两条坐标轴可以平行于支撑基座的表面，一条坐标轴可以垂直于支撑基座的表面。特别地，垂直于表面的坐标轴，例如z轴，可以表示高度，而平行于表面的坐标轴，例如x轴和y轴，则可以表示横向尺寸。
所述方法还可以包括输出指出刀具头定位误差的数据，其中，输出包括显示、打印、传输和/或保存数据中的任意一种。特别地，确定的定位误差可以被转换成计算机***，特别是CNC控制的操作***可读的数据。
本发明还提供了一种提高CNC机床的精度的方法，该方法包括通过执行在此之前描述的任何一种方法来确定CNC机床，特别是其刀具头和/或机床工作台的定位误差，以及补偿CNC机床、尤其是其刀具头和/或机床工作台的定位误差。补偿CNC机床，尤其是其刀具头和/或机床工作台的定位误差可以包括基于该定位误差来调整CNC机床的编程，和/或还可以包括将指出刀具头的定位误差的数据输入CNC机床控制。
本发明还提供了一种用于确定CNC机床的定位误差的装置，其中，该CNC机床配备有校准元件，该装置包括：
至少一个传感器，其中，至少一个传感器被配置成输出传感器数据，其中，该传感器数据对应于校准元件表面点与该至少一个传感器的距离，或者其中，该校准元件偏转该至少一个传感器的接触元件并且该传感器数据对应于该接触元件被偏转的距离；
移动元件，用于移动该至少一个传感器；以及
控制单元，用于处理从该至少一个传感器接收的传感器数据，并且用于控制该移动元件，其中，该控制单元被配置成接收第一和第二传感器数据，向移动元件输出驱动数据从而使移动元件移动该至少一个传感器，以使得第一和第二传感器数据之差一直减小，直到该差变得小于或等于一个阈值为止，并且被配置成基于该至少一个传感器的移动来确定刀具头的定位误差。
CNC机床可以是本领域中已知和使用的任何CNC机床，尤其是机床和/或机器人。CNC机床能以沿刀具中心点旋转（RTCP）的模式来操作。CNC机床可以包括刀具头，尤其是像双向旋转的铣头的旋转头。CNC机床可以包括机床工作台，尤其是像旋转工作台和/或旋转倾斜台的可移动机床工作台。刀具头和/或机床工作台可以配备有校准元件。
刀具头可以指CNC机床和刀具，特别是用于诸如磨、钻、切割之类的整形的刀具之间的接口。像测量和/或测试工具的其他工具也是可能的。机床工作台可以握持和/或平移和/或旋转工件。
CNC机床，尤其是其刀具头和/或机床工作台被配有校准元件，其中，校准元件可以是只用于校准CNC机床和/或确定CNC机床，尤其是其刀具头和/或机床工作台的定位误差的目的的元件。校准元件自身也可以是刀具。
所述至少一个传感器可以是一个传感器、两个传感器、三个传感器或多于三个的传感器，其可以被安装在公共支撑基座上。
这些传感器中的一个或多个可以是距离传感器，这些距离传感器输出对应于校准元件表面点与该传感器之间的距离的传感器数据，其中，该距离传感器尤其可以是与该校准元件没有物理接触的传感器。例如，这些传感器中的一个或多个可以是光学传感器、声学传感器、电容式传感器和/或电感式传感器。
这些传感器中的一个或多个可以是接触点传感器和/或千分表，其包括可偏转部分和不可偏转部分。可偏转部分可以包括与校准元件，尤其是与其表面上一点接触的接触元件。一个或多个接触点传感器输出传感器数据，所述传感器数据对应于接触元件，尤其是其可偏转部分被校准元件，尤其是被其表面一点偏转的距离。特别地，接触点传感器可以包括几何传感器轴，该接触元件可以沿该几何传感器轴被偏转。然后，接触元件被校准元件的表面点所偏转，该点在几何传感器轴上。
该移动元件可以被固定到该至少一个传感器，或者被固定到一个支撑基座，其中，该至少一个传感器可以被安装在所述支撑基座上。
控制单元可以包括用于处理传感器数据和/或其他数据的处理装置。控制单元还可以包括用于缓存数据和/或永久性存储数据的存储装置。控制单元还可以包括用于从至少一个传感器接收传感器数据的输入接口，其中，至少一个传感器可以经由有线和/或无线连接与控制单元通信，和/或用于接收其他数据和/或指令。控制单元还可以包括输出接口，输出接口用于向移动元件输出数据，其中，移动元件可以经由有线和/或无线连接与控制单元，和/或与输出单元和/或其他单元进行通信。
当校准元件处于其第一和第二位置时，控制单元可以分别接收第一和第二传感器数据，其中，第一位置可以指初始位置，即在校准元件移动之前的位置。校准元件的第二位置可以指在校准元件移动之后的后续位置，特别地，该移动是理想地根据CNC控制将校准元件保留在固定位置中。第一和第二传感器数据可以经由输入接口被接收。
控制单元可以从第一和第二传感器数据，尤其是从其差中计算一个方向，至少一个传感器可以在该方向上被移动以使得第一和第二传感器数据之差，尤其是其绝对差减小，还可以向移动元件输出相应（according）的移动数据。移动数据的这种输出可以经由输出接口来执行。
控制单元可以被配置成执行上述方法中的任意一个。
特别地，控制单元可以被配置成执行下列步骤：从第一和第二传感器数据，尤其是从其差中确定第一补偿方向，其中，至少一个传感器在第一补偿方向上的移动将减小第一和第二传感器值之差，尤其是其绝对差；以及致使至少一个传感器在第一补偿方向上移动。
控制单元还被配置成执行包括下列步骤的闭环：从第一和当前传感器数据，尤其是从其差中确定当前补偿方向，其中，至少一个传感器在当前补偿方向上的移动将减小第一和当前传感器值之差，尤其是绝对差；致使至少一个传感器在当前补偿方向上移动；以及从至少一个传感器读取当前传感器数据。
控制单元可以被配置成将传感器数据转换成与预先确定的坐标系，尤其是正交坐标系相关的分量。
控制单元可以被配置成从至少两个传感器，尤其是从至少三个传感器读取第一、第二和/或当前传感器数据，并且其中，确定第一和/或当前补偿方向可以包括确定与预先确定的坐标系，尤其是与正交坐标系相关的速度矢量分量，因此至少一个传感器的对应移动会减小第一和当前的传感器数据的绝对差。
控制单元还可以被配置成按照坐标系来表达阈值，特别地，该阈值可以按照与坐标系相关的分量来表达，或者按照传感器数据来表达阈值。
此外，控制单元可以被配置成输出移动数据，从而致使移动元件沿坐标系的至少一条坐标轴平移至少一个传感器。
所述装置还包括输出单元，所述输出单元被配置成输出对应于刀具头的定位误差的误差数据，其中，所述输出包括显示、打印、传输和/或保存误差数据中的任意一个。
输出单元可以是显示装置、打印装置、传输装置和/或存储装置，和/或可以被连接到显示装置、打印装置、传输装置和/或存储装置。输出装置也可以被连接到CNC机床。
至少一个传感器可以是接触点传感器、千分表、光传感器、激光传感器、超声波传感器、电容式传感器和/或电感式传感器。
移动元件可以包括至少一个马达，尤其是至少一个电动马达。移动元件，尤其是移动元件的马达可以沿着坐标系，尤其是正交坐标系的至少一条坐标轴平移至少一个传感器。特别地，至少一个传感器可以被安装到支撑基座，并且至少一个马达可以移动该支撑基座，从而沿坐标系，尤其是正交坐标系的至少一条坐标轴平移至少一个传感器。
移动元件可以包括至少两个马达，其中，至少两个马达可以被分别地控制，特别地，移动元件可以沿着至少两个坐标轴分别地平移至少一个传感器和/或支撑基座。这些马达可以被配置成直接或者经由齿轮移动至少一个传感器和/或支撑基座。这些马达可以位于与至少一个传感器和/或支撑基座有一段距离并且包括齿轮轴，齿轮轴被连接到至少一个传感器和/或支撑基座。
移动元件可以被配置成将至少两个传感器一起移动，特别地，至少两个传感器被固定到一个公共的支撑基座。移动元件还可以被配置成移动该支撑基座，从而移动至少两个传感器。
至少两个传感器可以被布置，以使得一些传感器轴不平行。特别地，至少两个传感器，尤其至少三个传感器可以被布置以使得其至少两个传感器，尤其是至少三个传感器的传感器轴相互不平行。至少两个传感器还可以被布置成所有的传感器轴相互都不平行。
三个传感器可以被固定在平行于支撑基座表面形成的一个虚构的三角形的边上，其中，每个传感器指向三角形的中心并且倾斜于支撑基座的表面。在此，虚构的意指在表面上或表面上方无需指出一个实际的三角形。特别地，三个传感器可以被固定在一个虚构的等边三角形的各边上，其中，处于其第一位置的校准元件可以位于该三角形中心之上。三个传感器可以与表面倾斜成一个倾斜角度，其中，该角度可以在40°到80°的范围内，优选的是50°到70°或者55°到65°，或者基本上为60°，其中，基本上意指倾斜角度可以与60°之间相差一个可接受值。三个传感器的倾斜角度可以是相同或不同的。特别地，三个传感器中的至少一个，优选的是三个传感器中的至少两个或三个传感器全部可以指向校准元件的球的中心。三个传感器可以这样指向，以使得三个传感器的传感器轴形成相互之间至少成90°角。当使用笛卡尔坐标系时，两条坐标轴可以平行于支撑基座的表面，一条坐标轴可以垂直于支撑基座的表面。特别地，垂直于表面的坐标轴，例如z轴，可以表示高度，而平行于表面的坐标轴，例如x轴和y轴，可以表示横向尺寸。
校准元件可以包括一个球。这个球可以经由一个元件，特别是一个圆柱体被连接到刀具头。这个球可以由例如金属的硬质材料形成。
附图说明
本发明将参考附图通过被提供为非限制性例子的一些优选实施例而被描述，其中：
图1示出了用于确定CNC机床的刀具头的定位误差的装置的示意图；
图2A示出了用于确定CNC机床的刀具头的定位误差的方法的流程图；
图2B示出了校准元件的定位误差以及二维笛卡尔示例中的相应的传感器偏转；
图2C示出了二维笛卡尔示例中的第一和当前传感器数据之差的分量；以及
图2D示出了二维笛卡尔示例中的一个算法示例。
具体实施方式
参考图1，用于确定CNC机床，尤其是其刀具头101的定位误差的装置，配备有校准元件102，该装置包括至少一个传感器103，控制单元105和移动元件106。该装置还包括支撑基座104和/或输出单元107。作为替换，该CNC机床可以包括配备有校准元件102的机床工作台。
机床刀具头101表示CNC机床和刀具之间的接口，其中，刀具可以是可置换的。刀具可以是一种整形刀具，例如用于切、磨、钻，或者用于测量和/或测试。
校准元件102可以是被明确地用于确定定位误差和/或校准CNC刀具头的一个元件，或者校准元件102可以是刀具自身。前者是优选的，因为刀具的形状可能难以确定刀具头101的可靠的定位误差。如果刀具是不可移动的或者难以从刀具头101移动，则后者可能是有利的。在本示例中，校准元件102具有球的形状，该球经由圆柱体元件被连接到刀具头。优选地，这个球102由如金属的硬质材料形成。球102可以是实心或空心的。
传感器103的数量可以是一个、两个、三个或三个以上。在本示例中，使用了三个传感器103-1、103-2和103-3。传感器103可以被安装在支撑基座104上，其中，它们可以被固定在一个虚构三角形，尤其是支撑基座104表面上的等边三角形的各个角处，或者可以平行于该表面。传感器103还可以位于托座、基架等上，托座和基架可以被固定到支撑基座104的表面上。传感器103可以具有沿几何传感器轴的圆柱形部分。特别地，它们可以包括一个固定的、特别是不可偏转的部分，这部分沿几何传感器轴的位置是固定的。传感器还包括一个沿传感器轴的可移动、尤其是可偏转的部分，比如是传感器头。特别地，传感器103可以是接触点传感器，其中，传感器头包括与球102表面上的一点接触的接触元件。更具体地，该接触元件与在球102的表面上且在传感器轴上的点接触，该接触元件最接近传感器103的固定部分。传感器103可以与支撑基座104的表面倾斜成一个倾斜角度。这个角度对于每个传感器103来说可以相同或不同。这个角度可以在40°到80°之间，优选的是50°到70°之间，更优选的是55°到65°的范围内。在较高的倾斜角度下，传感器103更易接近球102。特别地，这允许球102的容易的定位以及刀具头101的无碰撞移动。传感器103的倾斜角度可以被选择，以使得传感器103的各轴之间的相互角度至少是90°。传感器103可以被布置成相互指向球102的中心。传感器103的三个传感器轴之间可以形成至少90°的相互角度。支撑基座104可以包括圆柱形部分。此外，支撑基座104可以包括托座、基架等以用于安装传感器103。支撑基座104还可以包括调整装置，该调整装置用于调整传感器103的高度和/或横向位置，和/或用于固定传感器的高度和/或横向位置的固定装置。
控制单元105可以包括处理装置，该处理装置用于处理从传感器103的数据和/或从其他地方接收的数据。控制单元105还可以包括用于缓存或存储数据的存储装置。存储装置可以包括易失性存储器和/或永久性存储器。表示传感器103的几何布局的信息，例如，它们的传感器轴的空间方向，可以被保存在存储器中。控制单元105可以包括输入接口，该输入接口用于从传感器103接收数据，尤其是传感器数据。输入接口可以包括多个入口。特别地，传感器103可以通过有线连接和/或无线连接被连接到该输入接口。该输入接口还可以被用于将指令输入控制单元105和/或更新控制单元105。控制单元105还可以包括用于输出数据的输出接口。该输出接口可以被连接到移动元件106。这个连接可以是有线连接和/或无线连接。该输出接口还可以被连接到输出单元107。这个连接也可以是有线连接和/或无线连接。
移动元件106可以包括一个、两个、三个或三个以上的马达，优选的是电动马达。特别地，移动元件106可以包括三个马达，其被配置成沿着笛卡尔坐标系的三条坐标轴x、y和z平移支撑基座104。三种不同的平移可以通过分别处理三个马达而被控制。三个马达可以被分别或共同地连接到控制单元105，特别是连接到其输出接口。移动元件106可以被直接固定到传感器103和/或固定到支撑基座104。
输出单元107可以包括显示器、打印机、传输器和/或存储装置，和/或可以被连接到显示器、打印机、传输器和/或存储装置。输出单元107还可以连接到CNC机床的控制。输出装置107可以被连接到控制单元105，特别是被连接到其输出接口。
在该装置的操作中，当球103处于给定位置时，传感器103中的至少一个，优选的是传感器103中的每一个，输出传感器数据。也就是说，传感器数据表示球102的当前位置，而无需确定球102的实际位置。传感器数据然后被传送到控制单元105，特别是被传送到其输出接口。
控制单元105从传感器103，尤其是经由输入接口，接收传感器数据。控制单元105，尤其是其处理装置，确定传感器数据满足某些条件。特别地，控制单元105可以检查在两次不同时间采集的传感器数据之差，尤其是其绝对差，是否降至阈值之下。控制单元105，尤其是其处理装置，可以确定来自于传感器数据的移动数据。移动数据和/或传感器数据可以被缓存和/或保存在控制单元105内，特别是被保存在其存储装置内。移动数据可以包括三个分别的命令以用于移动元件106的三个马达。控制单元105可以向移动元件106传输，尤其是经由输出接口来传输移动数据。
移动元件106从控制单元105接收移动数据，尤其是经由其输出接口来接收。移动数据可以包括给马达中的至少一个的命令。特别地，移动数据可以包括用于三个马达的命令，三个马达被配置成沿笛卡尔轴平移传感器103和/或支撑基座。给马达的命令可以包括指令，该指令用以沿各轴向前平移传感器103和/或支撑基座104，向后倒转该平移，和/或停止该平移。给马达的命令还可以包括指令，该指令用于以某个速度平移传感器103和/或支撑基座104，或者将其平移某段距离。
在移动元件106根据控制单元105输出的移动数据移动传感器103和/或支撑基座104之后，传感器103输出新的传感器数据。控制单元105，尤其是其输入接口，从传感器103接收新的传感器数据，并且将新的传感器数据与之前的传感器数据，尤其是与表示球102的初始位置的传感器数据之差，尤其是其绝对差与阈值进行比较。如果没有达到该阈值，则新的移动数据被确定并且被输出到移动元件106。如果达到该阈值，则控制单元105，尤其是其处理装置，从被缓存和/或存储的移动数据确定刀具头的定位误差。在笛卡尔坐标系中，定位误差(Dx,Dy,Dz)可以是对应移动的移动数据之和，该移动是移动传感器103和/或支撑基座104以便达到该阈值所必需的。
控制单元105可以向输出单元107输出该定位误差。输出单元107可以显示、打印、传输和/或保存该定位误差。输出单元107还可以将定位误差输入CNC机床的控制。
传感器103、支撑基座104、控制单元105、移动元件106和/或输出单元107可以是分离的单元和/或元件，或者可以是装置的同一单元和/或元件的一部分。
参考图2A，用于确定CNC机床的刀具头的定位误差的方法包括步骤：读取第一传感器数据210，移动刀具头220，读取当前的传感器数据230，确定第一和当前的传感器数据之差240，检查是否满足阈值250，以及相应于检查250，确定补偿方向260和在补偿方向上移动传感器270，或者确定定位误差280。
在步骤210，第一传感器数据S(t0)，即在时间t0的传感器数据，被读取。第一传感器数据表示被连接到刀具头101的校准元件102的第一位置。该第一位置对应于校准元件102的初始位置，即刀具头101移动前的位置，以便确定其定位误差。该第一位置对于CNC机床的控制是已知的，但对于控制单元105却是未知的。CNC控制可以在笛卡尔坐标系中操作并且将第一位置设置为(0,0,0)，其中，第一位置可以对应于校准元件102上或其中的一个预先确定的参考点，尤其是球的中心。然而，控制单元105无须确定该第一位置。在三个传感器103-1到103-3的情况下，第一传感器数据S(t0)分别包括传感器103-1,103-2和103-2的第一传感器数据S1(t0)、S2(t0)和S3(t0)。传感器数据S1(t0)、S2(t0)和S3(t0)中的每一个可以具有与预先确定的坐标系相关的分量。如果使用笛卡尔坐标系，传感器103-1的传感器数据S1(t0)可以具有与笛卡尔坐标轴x、y和z相关的分量S1,x(t0)、S1,y(t0)和S1,z(t0)。类似地，S2(t0)和S3(t0)可以具有分量S2,x(t0)、S2,y(t0)、S2,z(t0)、S3,x(t0)、S3,y(t0)和S3,z(t0)。第一传感器数据的笛卡尔分量可以从传感器的已知方向，即几何传感器轴的方向，通过本领域已知的三角计算来确定。然而，在本发明的实施例中，确定第一传感器数据的笛卡尔分量不是必须的。
在步骤220，CNC***作以便移动刀具头101使得校准元件102保持在理论上固定的位置。也就是说，根据CNC控制，这个校准移动没有改变校准元件102的参考点的位置。然而，校准元件102自身也可能移动。特别地，如果校准元件102包括其中心是该参考点的球，则校准移动将球的中心保留在固定位置处，而球仍然可以绕任何穿过其中心的轴旋转。换言之，CNC假设参考点在校准移动之后仍然处于第一位置，例如(0,0,0)。由于CNC机床，尤其是刀具头的定位误差，校准元件还可能处于不同于第一位置的第二位置。如果使用笛卡尔坐标x、y和z，则所述第二位置可以被表达为(Dx,Dy,Dz)。第二位置对于CNC机床的控制不是已知的，CNC机床的控制仍然假设位置(0,0,0)而不是(Dx,Dy,Dz)，控制单元105也不知第二位置。本方法的目的是确定Dx、Dy和Dz。
在步骤230，当前的传感器数据S(ti)，即在时间ti>t0时的传感器数据被读取。如果时间ti对应于在传感器被移动之前的时间t1>t0，则当前的传感器数据S(t1)是第二传感器数据，第二传感器数据表示校准元件102的第二位置，即在校准移动之后的校准元件102的位置。校准元件102的第二位置对应于刀具头的定位误差(Dx,Dy,Dz)并且是未知的。在三个传感器103-1到103-3的情况下，当前的传感器数据S(ti)分别包括传感器103-1、103-2和103-3的当前传感器数据S1(ti)、S2(ti)和S3(ti)。传感器数据S1(ti)、S2(ti)和S3(ti)中的每一个可以具有与预先确定的坐标系相关的分量。如果使用笛卡尔坐标系，传感器103-1的第一传感器数据S1(ti)可以具有与笛卡尔坐标轴x、y和z相关的分量S1,x(ti)、S1,y(ti)和S1,z(ti)。类似地，S2(ti)和S3(ti)可以具有分量S2,x(ti)、S2,y(ti)、S2,z(ti)、S3,x(ti)、S3,y(ti)和S3,z(ti)。当前的传感器数据的笛卡尔分量可以从传感器的已知方向，即几何传感器轴的方向，通过本领域中已知的三角计算来确定。然而，在本发明的实施例中，确定当前的传感器数据的笛卡尔分量可能不是必须的。
在步骤240中，第一和当前的传感器数据之间的当前差D(ti)=S(t0)–S(ti)被确定。在三个传感器103-1到103-3的情况下，当前差D(ti)可以包括三个差D1(ti)=S1(t0)–S1(ti)、D2(ti)=S2(t0)–S2(ti)和D3(ti)=S3(t0)–S3(ti)。特别地，差D(ti)可以具有笛卡尔分量D1,x(ti)、D1,y(ti)、D1,z(ti)、D2,x(ti)、D2,y(ti)、D2,z(ti)、D3,x(ti)、D3,y(ti)和D3,z(ti)，其中，D1,x(ti)=S1,x(t0)–S1,x(ti)，以此类推。D(ti)的笛卡尔分量可以直接从S(ti)的笛卡尔分量被确定，或者作为替换，通过将差D1(ti)、D2(ti)和D3(ti)转换成分别沿传感器103-1、103-2和103-3的几何轴的位移矢量，然后通过本领域中已知的三角计算来确定来自传感器的已知方向，即几何传感器轴的方向的各位移矢量的笛卡尔分量来确定。然而，在本发明的实施例中，确定当前差的笛卡尔分量可以不是必须的。D1(ti)、D2(ti)和D3(ti)的符号确定在时间ti各传感器是否比在时间t0偏转得更多还是更少。
在步骤250，当前的传感器数据被读取，并且当前传感器数据与第一传感器数据之差D(ti)，尤其是其绝对差|D(ti)|，被与阈值T进行比较。如果满足该阈值，即差D(ti)，尤其是绝对差|D(ti)|小于或等于该阈值T，则在步骤280中确定定位误差。如果不满足阈值T，即差D(ti)，尤其是绝对差|D(ti)|大于阈值T，则方法进行到步骤260。特别地，阈值T可以具有笛卡尔分量Tx、Ty,和Tz。然后，阈值条件可以包括像|D1,x(ti)|≤Tx的条件，对于其他分量与此类似。获取针对三个传感器103-1、103-2和103-3的不同的阈值T1、T2,和T3也是可能的。在这种情况下，阈值条件可以包括像|D1,x(ti)|≤T1,x的条件，对于其他分量与此类似。作为替换，可以针对差D(ti)的某些分量之和来检测阈值条件。例如，可以针对分别与每个笛卡尔分量相关的传感器103-1、103-2和103-3的差D1(ti),D2(ti),D3(ti)之和来评估阈值条件。在这种情况下，阈值条件可以包括像|D1,x(ti)|+|D1,y(ti)|+|D1,z(ti)|≤T1的条件，对于其他分量与此类似。在另一个示例中，可以针对分别与每个传感器103-1、103-2和103-3相关的差的笛卡尔分量Dx(ti),Dy(ti),Dz(ti)之和来评估阈值条件。在这种情况下，阈值条件可以包括像|D1,x(ti)|+|D1,y(ti)|+|D1,z(ti)|≤T1的条件，对于其他分量与此类似。上述例子的组合也是可能的。特别地，阈值条件可以包括条件|D1,x(ti)|+|D1,y(ti)|+|D1,z(ti)|+|D2,x(ti)|+|D2,y(ti)|+|D2,z(ti)|+|D3,x(ti)|+|D3,y(ti)|+|D3,z(ti)|≤T。
在步骤260，补偿方向被确定。这个确定可以基于差D1(ti),D2(ti),D3(ti)，或者基于它们的笛卡尔分量D1,x(ti),D1,y(ti),D1,z(ti),D2,x(ti),D2,y(ti),D2,z(ti),D3,x(ti),D3,y(ti)和D3,z(ti)。补偿方向可以被表示为速度矢量V(ti)=(Vx(ti),Vy(ti),Vz(ti))，其中，分量Vx(ti),Vy(ti)和Vz(ti)分别表示在步骤270中传感器沿x轴、y轴和z轴被移动的速度。在此，Vx(ti),Vy(ti),和Vz(ti)的符号确定沿各个轴的移动方向，即向前或向后平移，而其绝对值确定了沿各个轴的平移速度。速度分量Vx(ti),Vy(ti),Vz(ti)可以从差D1(ti),D2(ti),D3(ti)来确定，如下所示：
Vx(ti)=K1,x·D1(ti)+K2,x·D2(ti)+K3,x·D3(ti),
Vy(ti)=K1,y·D1(ti)+K2,y·D2(ti)+K3,y·D3(ti),
Vz(ti)=K1,z·D1(ti)+K2,z·D2(ti)+K3,z·D3(ti),
其中，运动学因素K是补偿方向和传感器移动之间的关系。因素K可以是不变的。特别地，当传感器的传感器轴的空间方向固定时，传感器的因素K是不变的。此外，因素K可以是已知的，或者可以被确定如下：
K1,x=A·D1,x(ti)/D1(ti);  K1,y=A·D1,y(ti)/D1(ti);  K1,z=A·D1,z(ti)/D1(ti);
K2,x=B·D2,x(ti)/D2(ti);  K2,y=B·D2,y(ti)/D2(ti);  K2,z=B·D2,z(ti)/D2(ti);
K3,x=C·D3,x(ti)/D3(ti);  K3,y=C·D3,y(ti)/D3(ti);  K3,z=C·D3,z(ti)/D3(ti);
其中，A、B和C是与移动传感器103的运动学***的构造方案有关的尺度因子。特别地，A、B和C可以代表控制单元105在计算移动数据时应用的尺度因子。如果传感器103-1、103-2和103-3具有不同增益，则这可能是有利的。尺度因子A、B和C可以是相同或不同的。运动学因子，例如K1，可以包括权重因子D1,x(ti)/D1(ti),D1,y(ti)/D1(ti)和D1,z(ti)/D1(ti)，表示不同的分量D1,x(ti),D1,y(ti),和D1,z(ti)对传感器103-1的总差D1(ti)的相对贡献，对于其他传感器来说也一样。这保证了上文中确定的补偿方向V(ti)指向对应于相对最高的总传感器差的方向，从而最接近由于刀具头101的定位误差造成的球102的实际位移。如果K因子是已知的，传感器数据S(t0),S(ti)和/或D(ti)的笛卡尔分量的确定可以被省略。作为替换，K因子可以通过采用参考测量而获得，例如，K因子可以通过第一传感器数据获得，即K1,x=A·S1,x(t0)/S1(t0)。然而，S(ti)和/或D(ti)的笛卡尔分量的确定可以被省略。
在步骤270，传感器103-1、103-2、103-3和/或传感器基座104根据速度矢量V(ti)=(Vx(ti),Vy(ti),Vz(ti))被移动。也就是说，传感器103-1、103-2、103-3和/或传感器基座（104）沿x轴以速度Vx(ti)被平移，沿y轴以速度Vy(ti)被平移，沿z轴以速度Vz(ti)被平移。这导致向在步骤260中确定的补偿方向中的移动，并且由此部分或完全补偿了差D(ti)。在当移动元件106包括三个马达的情况下，所述马达被配置用于分别沿三条笛卡尔轴平移传感器103-1、103-2、103-3和/或传感器基座104。速度分量Vx(ti),Vy(ti)和Vz(ti)可以被转换成相应的控制数据并且直接输入相应的马达，所述控制数据指出以各自的速度的向前/向后平移。
然后，所述方法跳回到230，其中，新的当前传感器数据S(ti+1)在时间ti+1>ti被读取，并且在步骤240，新的差D(ti+1)=S(t0)–S(ti+1)被确定。如在步骤260中所述，由于补偿方向V(ti)中的运动学因子K包括权重因子的事实，新的差D(ti+1)将小于在前的差D(ti)，即|D(ti+1)|<|D(ti)|。因此，流程在每个循环中收敛。在步骤250，检查差D(ti+1)是否满足阈值T。如果满足阈值，则方法进行到步骤280。如果不满足阈值，则在步骤260中，从差D(ti+1)确定补偿方向V(ti+1)，并且传感器103和/或基座104因此被移动。差Δt=ti+1–ti被称为节拍时间，例如可以是1ms。节拍时间Δt优选地是一个常数，尤其是一个被预先设置的常数。然而，节拍时间Δt是一个变量也是可能的。
在步骤280，定位误差基于传感器103的移动被确定，所述移动是在步骤250中满足阈值所必需的。定位误差可以通过叠加所有的移动数据而被确定，自读取第二传感器数据之后的传感器移动开始。定位误差的笛卡尔分量(Dx,Dy,Dz)可以通过将所有的移动数据分量相加而获得。例如，如果满足阈值需要n个步骤，即满足|D(tn)|≤T，则定位误差可以被确定如下：
Dx=(Vx(t1)+…+Vx(tn-1))·Δt,
Dy=(Vy(t1)+…+Vy(tn-1))·Δt,
Dz=(Vz(t1)+…+Vz(tn-1))·Δt.
作为替换，指出补偿移动的值C(ti)=(Cx(ti),Cy(ti),Cz(ti))=(Vx(ti)·Δt,Vy(ti)·Δt,Vz(ti)·Δt)可以在每个循环中，例如在步骤260中被计算并存储。然后，对于上述例子，定位误差可以被确定如下：
Dx=Cx(t1)+…+Cx(tn-1),Dy=Cy(t1)+…+Cy(tn-1),Dz=Cz(t1)+…+Cz(tn-1)
作为替换，在每个循环中，例如在步骤260中，指出补偿移动的值C(ti)可以被递归地确定，即C(ti)=C(ti-1)+V(ti)。然后，对于上述例子，定位误差可以被确定为：
Dx=Cx(tn-1),Dy=Cy(tn-1),Dz=Cz(tn-1).
因为定位误差通过对应于传感器103-1、103-2、103-3的所有移动的数据被确定，所述移动是满足阈值条件所必须的，所以传感器值S1,S2和S3不需要非常精确。实际上，只要这些差在某些时间点t收敛，即对于所有ti>t都保持|D(ti+1)|<|D(ti)|直到满足阈值条件为止，该方法就会一直起作用。这样，甚至不利影响，比如可能会临时破坏收敛的颠簸或振动，都不会影响该方法的结果。
图2B说明了在二维的两个传感器103-1和103-2的情况下，校准元件102的位置和传感器103的偏转。对于三维中的两个传感器的归纳也是显而易见的。
在步骤210，校准元件102处于其第一位置，即(0,0)，并且传感器103-1和103-2提供了对应于校准元件102的第一位置的第一传感器数据。
在步骤220，校准元件102被移动，如之前所述。特别地，根据CNC控制，校准元件102处于与步骤210中的相同位置，即在(0,0)。然而，由于CNC机床的定位误差，校准元件现在处于点(Dx,Dy)。
在步骤230，第二传感器数据从传感器103-1和103-2被读取，在步骤240，传感器103-1和103-2的第一和第二传感器数据之差D1和D2分别被确定。差D1和D2分别表示传感器103-1、103-2的接触元件的位移矢量。D1和D2的笛卡尔分量D1,x,D1,yD2,x在图2C中被描述。然而，如果传感器轴的空间方位是固定的，即如果传感器所指的方向在流程中不发生改变，则D1,x,D1,y,D2,x和D2,y的确定可以被省略。
图2D说明了针对有两个传感器103-1和103-2的例子的算法示例。如上所述，从被存储的第一传感器值S1(t0),S2(t0)和当前的传感器值S1(ti)，差D1(ti)和D2(ti)分别针对传感器103-1和103-2被计算。然后，通过差D1(ti),D2(ti)和已知的因子K1,x,K2,x，速度矢量V(ti)的x分量Vx(ti)被确定为Vx(ti)=K1,x·D1(ti)+K2,x·D2(ti)，并且类似地，通过差D1(ti),D2(ti)和因子K1,y,K2,y，速度矢量V(ti)的y分量Vy(ti)被确定为Vy(ti)=K1,y·D1(ti)+K2,y·D2(ti)。然后，在循环中，即在节拍时间Δt的过程中，被配置用于沿x轴平移基座104的第一马达将***作以沿x轴用速度Vx(ti)来平移基座104，被配置用于沿y轴平移基座104的第二马达将***作以沿y轴用速度Vy(ti)平移基座104，其中，Vx(ti)和Vy(ti)的符号确定沿各自轴的向前或向后的平移，Vx(ti)和Vy(ti)的绝对值确定了相应的向前/向后平移的速度。

Claims (18)

1.一种用于确定CNC机床的定位误差的方法，其中，所述CNC机床配备有校准元件（102），所述校准元件（102）处于第一位置，所述方法包括下列步骤：
当所述校准元件（102）处于所述第一位置时，从至少一个传感器（103）读取（210）第一传感器数据，
其中，所述传感器数据对应于所述校准元件（102）的表面点与所述至少一个传感器（103）之间的距离，或者
其中，所述至少一个传感器（103）的接触元件被所述校准元件（102）偏转，并且所述传感器数据对应于所述接触元件被偏转的距离；
操作（220）所述CNC机床以执行校准移动，所述校准移动理想地将所述校准元件（102）保留在所述第一位置处；
当所述校准元件（102）处于第二位置时，从所述至少一个传感器（103）读取（230）第二传感器数据，其中，所述第二位置表示所述校准元件（102）在所述校准移动已经执行之后的实际位置；
致使所述至少一个传感器（103）移动，以使得所述第一和第二传感器数据之差减小到小于或等于预先确定的阈值为止，以及
基于所述至少一个传感器（103）的所述移动确定（280）所述CNC机床的定位误差。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括下列步骤：
从所述第一和第二传感器数据，特别地，从所述第一和第二传感器数据之差来确定（260）第一补偿方向，这样使得所述至少一个传感器（103）在所述第一补偿方向上的移动会减小所述第一和第二传感器数据之差；以及
致使（270）所述至少一个传感器（103）在所述第一补偿方向上移动。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括执行闭环，所述闭环包括下列步骤：
从所述至少一个传感器（103）读取（230）当前的传感器数据；
从所述第一和当前的传感器数据，特别地，从所述第一和当前的传感器数据之差来确定（260）当前的补偿方向，这样使得所述至少一个传感器（103）在所述当前的补偿方向上的移动会减小所述第一和当前的传感器数据的绝对差；以及
致使（270）所述至少一个传感器（103）在所述当前的补偿方向上移动。
4.根据权利要求2-3之一所述的方法，其中，确定所述第一和/或当前的补偿方向（260）包括将所述传感器数据转换成与预先确定的坐标系相关的，特别是与正交坐标系相关的分量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，读取第一（210）、第二和/或当前的（260）传感器数据包括从至少两个传感器（103-1;103-2）读取，特别是从至少三个传感器（103-1;103-2;103-3）读取第一、第二和/或当前的传感器数据，并且其中，确定所述第一和/或第二补偿方向（260）包括确定与所述预先确定的坐标系相关的，特别是与正交坐标系相关的速度矢量的分量，以使得所述至少一个传感器（103）的对应移动会减小所述第一和当前的传感器数据的绝对差。
6.根据权利要求1-5之一所述的方法，其中，所述阈值按照所述坐标系来表达，特别地，其中，所述阈值按照与所述坐标系相关的分量来表达，或者其中，所述阈值按照所述传感器数据来表达。
7.根据权利要求1-6之一所述的方法，还包括：
输出指示刀具头的定位误差的数据，特别地，其中，所述输出包括显示、打印、传输和/或保存所述数据之一。
8.一种用于提高CNC机床的精确度的方法，所述方法包括：
通过执行权利要求1到7之一所述的方法，确定所述CNC机床的定位误差；以及
补偿所述刀具头的所述定位误差。
9.一种用于确定CNC机床的定位误差的装置，其中，所述CNC机床配备有校准元件（102），所述装置包括：
至少一个传感器（103），其中，所述至少一个传感器（103）被配置用于输出传感器数据，其中，所述传感器数据对应于所述校准元件（102）的表面点与所述至少一个传感器（103）之间的距离，或者其中，所述至少一个传感器（103）的接触元件被所述校准元件（102）偏转，并且所述传感器数据对应于所述接触元件被偏转的距离；
移动元件（106），用于移动所述至少一个传感器（103）；以及
控制单元（105），用于处理来自所述至少一个传感器（103）的所述传感器数据，并且用于控制所述移动元件（106），其中，所述控制单元（105）被配置用于：
接收第一和第二传感器数据；
向移动元件（106）输出移动数据，使所述移动元件（106）移动所述至少一个传感器（103），以便所述第一和第二传感器数据之差变小到小于或等于阈值为止；以及
基于所述至少一个传感器（103）的所述移动，确定所述刀具头（101）的定位误差。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，控制单元（105）被配置用于执行权利要求1-7之一所述的方法。
11.根据权利要求9或10所述的装置，还包括：
输出单元（107），其被配置用于输出对应于所述CNC机床的定位误差，其中，所述输出包括显示、打印、传输和/或保存所述误差数据之一。
12.根据权利要求9-11之一所述的装置，其中，至少一个传感器（103）是接触点传感器、千分表、光学传感器、激光传感器、超声波传感器、电容式传感器和/或电感式传感器。
13.根据权利要求9-12之一所述的装置，其中，所述移动元件（106）包括至少一个马达，特别是至少一个电动马达。
14.根据权利要求9-13之一所述的装置，其中，所述移动元件（106），特别是所述移动元件（106）的马达沿着坐标系，特别是沿着正交坐标系的至少一条坐标轴平移所述至少一个传感器（103）。
15.根据权利要求9-14之一所述的装置，其中，所述移动元件（106）包括至少两个马达，其中，所述至少两个马达可以被分别控制，特别地，其中，移动元件（106）分别沿着所述坐标系的至少两条坐标轴平移所述至少一个传感器（103）。
16.根据权利要求9-15之一所述的装置，其中，所述移动元件（106）将至少两个传感器（103-1;103-2;103-3）一起移动，特别地，其中，所述至少两个传感器固定于公共的支撑基座（104）。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，三个传感器（103-1;103-2;103-3）固定在平行于所述支撑基座（104）的表面形成的虚构三角形的边上，其中，所述三个传感器（103-1;103-2;103-3）中的每一个指向所述三角形的中心并且倾斜于所述支撑基座（104）的表面。
18.根据权利要求9-17之一所述的装置，其中，所述校准元件（102）包括球。
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