CN1141014A - 刀具相对工件的参考位置的测量方法及实现所述方法的机床 - Google Patents

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Abstract

一种测量刀具(13，135)的参考位置的方法。此刀具相对一工件(35，145)，固定在机床(1，131)的第一夹持器(11，133)内。工件(35，145)用所述刀具(13，135)加工并固定在机床(1，131)的第二夹持器(33，143)内。按照本发明，当第一夹持器(11，133)相对第二夹持器(33，143)在一预定的参考位置时刀具(13，135)在工件(35，135)上加工一识别记号(123，159)。然后，识别记号(123，159)用传感器(109，153)检测，而刀具(13，133)相对工件(35，145)的参考位置从第一夹持器(11，133)相对第二夹持器(33，143)的位置来决定，在这位置上识别记号(123，159)由传感器(109，153)检测到。在实现这一方法时，刀具(13，135)和传感器(109，153)联接在彼此相对并相对第一夹持器(11，133)的固定不变的位置上。由此得到刀具(13，135)相对工件(35，145)参考位置能测量达到的精度唯一地取决于第一夹持器(11，133)相对第二夹持器(33，143)取位时能达到的精度，因而工件(35，145)用刀具(13，135)加工时能达到的精度并不受刀具(13，135)相对工件(35，145)的参考位置被测量时的精度有害的影响。在依照本发明的机床(1，131)一特定实施例中，传感器(109，153)是一带聚焦误差检测器(119)的光学传感器。按照本发明机床(1)的另一实施例中，带工件(35)的第二夹持器(33)能绕Z轴旋转，带刀具(13)的第一夹持器(11)能平行于x轴移动，x轴垂直于Z轴，而识别记号是在工件(35)的垂直于Z轴伸展的表面(121)上的圆槽(123)。

Description

刀具相对工件的参考位置的测量方法 及实现所述方法的机床
本发明涉及一种测量一刀具的参考位置的方法，此刀具相对一由所述刀具加工的工件固定在所述机床的第一夹持器中，该工件则夹持在机床的第二夹持器中，所述两夹持器由一定位装置使它们相对移动，由这种方法，在定位装置预定好的参考位置上用刀具在工件上加上一个识别记号，随后一传感器和工件由定位装置使彼此相对移动，刀具相对于工件的参考位置以传感器分辨出识别记号的定位装置的位置上加以确定。
本发明还涉及到一种用刀具制造工件的方法，在这种方法里工件相对于刀具的参考位置是根据本发明的一种方法测量的。
本发明还涉及到一种机床有用于刀具的第一夹持器，用于以所述刀具加工的工件的第二夹持器，一定位装置用来使两夹持器相对移位，以及一控制器用来控制定位装置，定位装置被控制器所控制，目的在于根据一控制程序来测量刀具相对于工件的参考位置，按照这程序在定位装置预定的参考位置上刀具在工件上加工出一识别记号，然后定位装置使传感器与工件相对移位，刀具相对工件的参考位置从定位装置的一个位置确定，在此位置上传感器检测到识别记号。
上述为测量刀具相对于工件的参考位置的一种方法，上述用刀具加工工件的方法，以及上述的机床种类都是广为所知的。这种为实现已知方法的机床常常备有大量刀具的刀具库，第一夹持器夹持的刀具可以和刀具库里的刀具之一用交换机构来交换。上述传感器，例如一机械探头也出现在这种机床的工具库里。
根据测量刀具相对工件的参考位置的常见的方法，机床的定位装置被移动到一预定的参考位置，在此第一夹持器与第二夹持器在一给定的彼此相对位置里。在这定位装置的参考位置里，一识别记号用夹持在第一夹持器里的刀具加在夹持在第二夹持器里的工件上。如果这机床，譬如是车床，它的第二夹持器和工件是围绕旋转轴旋转的，举例说识别记号，是用刀具在旋转的工件上车出的刀痕。如果机床是铣床，其中第一夹持器带刀具回绕一旋转轴线回转，识别记号则是例如由回转刀具加工在工件上的凹口。这之后，刀具用交换机构换成所述传感器，传感器夹持到第一夹持器上。传感器和工件随后由定位装置使之彼此相对作位移，传感器对工件扫描。当传感器检测到识别记号的瞬间，定位装置所在的位置定义刀具相对工件的参考位置。举例来说，由于刀具相对于第一夹持器的位置不精确度，第一夹持器相对于定位装置的位置不精确度，定位装置相对于机床床身的位置不精确度，第二夹持器相对机床床的位置不精确度以及工件相对于第二夹持器的位置不精确度，刀具相对工件的这参考位置往往与定位装置的所述参考位置不同，在这所述参考位置中由刀具作出识别记号。对定位装置的参考位置算出一校正量，这样量得的刀具相对工件的参考位置和定位装置的所述参考位置相比较，使定位装置的参考位置对应于刀具相对工件的参考位置，而工件可以在精确在状态下由刀具加工制造，与以上提到的机床元件的相互位置的不精确无关。
刀具相对工件的参考位置，用已知的方法在已知的机床上通常可以量到微米的范围，即达到一到几个微米的精度，因而用刀具加工的工件的尺寸精度也是在微米范围内，只要定位装置有适当的定位精度。但是，在已知机床上用已知的方法，能够测量到的刀具相对工件的参考位置的精度对于制造在亚微米范围内的尺寸精度的工件都是不够的，这时刀具相对工件的定位精度必须在0.1μm或者更高的精度级。在已知机床中的所述精度事实上由交换机构的所谓传递误差所限制的，而这是由刀具与传感器用交换机构固定到第一夹持器中能达到的受限制的精度造成的。所述传递误差在相对于用来加工识别记号的刀具第一夹持器的位置与用来检测识别记号的传感器第一夹持器的位置之间造成偏差，同时在刀具相对于第一夹持器在加工识别记号时所占有的位置与此同一刀具相对第一夹持器在随后加工工件时所占有的位置之间也出现偏差。
本发明的一个目的是提供一种测量刀具相对工件的参考位置的方法，并提供一种开头一节中提到的那样的机床，这种机床上刀具相对工件的参考位置可以以亚微米级的精度来测量，因而给定定位装置适当的定位精度，用这刀具制造的产品的尺寸精度也在亚微米范围内。
根据本发明，测量相对于工件的刀具参考位置的方法，为了这一目的具有这样的特点，即刀具与传感器在识别记号加工以前都是联接在彼此相对并对第一夹持器固定不变的位置上。
根据本发明，为此目的机床特征在于刀具与传感器彼此相对并相对于第一夹持器在操作时都是联接在固定不变的位置上。
因为刀具与传感器在加工和检测识别记号时都是联接在彼此相对并相对第一夹持器的固定不变的位置上的，刀具相对传感器的位置的精度决定于第一夹持器的机械刚度和热膨胀系数，而这精度相对于所制造的工件所需的尺寸精度而言由于第一夹持器合理设计的结果是相当高的。刀具相对工件的参考位置能达到的精度，按本发明的方法测量并在按本发明的机床上相应地无例外地是由机床的定位装置的定位精度所决定的。因而，通过采用定位精度在亚微米范围的适当的定位装置，刀具相对工件的参考位置可以用本发明的方法并在本发明所规定的机床上以亚微米范围的精度来测量。因而用刀具加工的工件的尺寸精度也在亚微米范围内。
根据本发明，一种用刀具制造工件的方法，在此法中，工件相对刀具的参考位置是用按照本发明的方法来测量的，其特征在于，为制造工件，定位装置被移位到顺序的多个位置中，这些位置各自对应供应给定位装置的一个位置和定位装置参考位置与刀具相对工件的参考位置之差的和。
根据本发明机床的一特殊实施例特征在于，为了制造工件，定位装置遵照控制程序被移到相继的位置上，这些位置各个对应于由机床使用者供给控制程序的定位装置的一个位置与定位装置参考位置与测得的刀具相对工件的参考位置之间的差之和。
既然定位装置的相继的位置各自对应于供给到定位装置的一个位置与定位装置的参考位置与测得的刀具相对工件的参考位置之差的所述和，由此可知刀具是由定位装置带入相对于工件的一预期位置的，如果供给定位装置的位置等于刀具相对工件的预期位置。定位装置的相继的位置就由使用者可以以清晰的形式提供。
按照本发明的另一种机床实施例，特征在于传感器是一光学测头，应用光学测头意味着刀具相对工件的参考位置的测量是以无接触方式实现的，因而测量中不会由于机械摩擦或者传感器与工件间的滞后造成误差。
还有另一种按照本发明的实施例特点在于光学测头备有光源，物镜***使光源辐射的光聚焦在工件上，还有一聚焦误差测头。光学测头的聚焦误差测头检测光源所辐射的并由工件表面反射的光的焦点是否在工件的表面上。当光击中加工好的识别记号时，聚焦误差测头将检测到聚焦误差，表明识别记号已检测到。这种聚焦误差测头灵敏度很高，即它能根据检测到的聚焦误差提供比较大的输出信号(例如聚焦误差为10μm时输出电压10V)。这就表示识别信号只要比较小的尺寸，而且用聚焦误差测头实现的计量是特别精确的。
一种按照本发明方法用来测量刀具相对工件的参考位置的特殊实施例，和一种按照本发明为用刀具加工工件的方法的一种特殊实施例，在此方法中第二夹持器回绕一旋转轴转动而第一夹持器相对第二夹持器平行于方向垂直于回转轴的X轴用定位装置来移动，特征在于工件上有一垂直于回转轴延伸的表面，而识别记号是由刀具在所述表面上加工出的圆槽。
一种按照本发明的机床特殊实施例，其中第二夹持器能绕一回转轴线转动而第一夹持器相对第二夹持器平行于方向垂直于回转轴线的X轴由定位装置作移动，特征在于识别记号是圆槽，由刀具在工件表面上加工出，工件表面垂直于回转轴线延伸。
这种圆槽可以在简单的方式下并在较短的时间内用刀具来实现，而且也能在较短的时间内用传感器来检测出，这时后者(传感器)由定位装置平行所述工件表面移位。
按照本发明的一种测量刀具相对于工件的参考位置的方法的又一种实施例，以及按照本发明用刀具加工工件的方法的又一种实施例，特征在于刀具相对于工件的参考位置是由圆槽的直径来决定的，该直径用传感器测定。
按照本发明的机床的另一种实施例的特征在于刀具相对工件的参考位置由圆槽的直径决定，该直径用传感器测量。
在这些按照本发明的方法与机床的多种实施例中，由刀具相对工件回转轴所占的参考位置可以以一种简单、准确而快速的方式测量。当传感器在一与第二夹持器的回转轴线相交且平行于X轴线的直线中由定位装置使之移位时，圆槽在两个径向相对的位置用传感器检测到。圆槽的直径可以用传感器测量，因为传感器检测到圆槽的定位装置的两个位置可以确定。于是刀具相对工件回转轴的参考位置就相当于测得直径的一半。
根据本发明为测量刀具相对工件的参考位置的方法的又一种实施例，以及根据本发明为用刀具加工工件的方法的又一种实施例，其特征在于采用一种光检测器作为传感器，用它检测圆槽的侧墙。
根据本发明的机床的又一种实施例，特征在于光学检测器检测圆槽的一侧墙。
所述圆槽的侧墙构成槽的台阶边界，用光检测器可以特别精确地检测到这台阶边界。此外，刀具工作点相对侧墙的位置能精确确定，因而刀具相对工件工作点的参考位置可以以特别精确的方式测量。
在“先进机械电子技术国际会议学报，1989年5月21-24，日本东京，pp.143-146”中的一篇论文“一种超精密加工方法或工件形状精度控制***”中公开了一种有固定在公共Z向滑板上的钻石刀具及光传感器的机床。在这著名的机床上，切削刀具通过微致动器装在Z向滑板上，(微致动器没有任何细节描述)因此切削刀具与传感器在工作中彼此相对且相对Z向滑板并非联接在固定不变位置上。此论文中关于微致动器的机械刚度及滞后没有任何说明，因此在微致动器在某一给定位置时，刀具相对传感器和相对Z向滑板的位置的精度如何不得而知。此外，光传感器不是用来检测工件表面上存在的识别记号的，而是用来测量Z向滑板与工件的一个表面间的距离的，而且传感器构成控制***的一部分，利用控制***使所述距离保持不变。
下面参考图纸，将更详细的解释本发明。这些图中
图1示意地表示为实现根据本发明的方法的机床的第一实施例，
图2表示图1机床的控制部分，
图3示意地表示图1机床的光学检测器，
图4a示意地表示用图1中表示的机床加工一工件，在此工件上用本发明的方法加上一识别记号，
图4b表示图4a中的识别记号的检测，
图5详细表明在图1中所表示的机床的刀具在应用图4中所表示的识别记号时，
图6示意地表示实现按照本发明的方法的机床的第二实施例，
图7表示属于图6机床上为工件用的夹持器，
图8示意地表示用图6所示的机床加工工件，在此工件上用按照本发明的方法加工一识别记号。
为了实现按照本发明的一种方法的机床1的第一实施例，如图1所示备有机座3可以放在基面上。机座3上有一导块5，上有平行X轴的直导轨7。机床1上有滑座9可以沿着导轨7由静压液体支承(图1中看不到)作位移。为工具例如切削刀具13用的第一夹持器11安排在滑座9上。滑座9用定位装置15可以沿导轨7移位。结果带切削刀具13的第一夹持器11平行于X轴可以移位。定位装置15包含有驱动杆17平行于X轴伸展并联接到滑座9，此杆17在箱座19上引导，箱座19用若干个导轮21联接到机座3，图1中导轮仅示意地表示。摩擦轮23在箱19中有它的转动的轴承并可由联接在箱体19上的电动机25驱动，在预拉伸条件下支承在驱动杆17上，因而滑座9可以用电动机25通过驱动杆17及摩擦轮23平行于X轴移位。
图1还表明，机床1有主轴27，平行于方向垂直于X轴的Z轴延伸，并回绕与Z轴重合的回转轴29转动。X轴与Z轴在坐标***(X，Z)的原点O相交，位置在回转轴29上。靠近第一端31，主轴27上具有第二夹持器33可以装工件35。主轴27有一空心轴37，在垂直于Z轴的方向用径向静压轴承39支承着，图1中仅示意地表示。主轴27通过轴向静压轴承41(图1中没有表示出任何细节)并通过弹性变形联接件47联接到定位装置49。所述轴向静压轴承41具有基本上垂直于回转轴线29的支承面43与45。主轴27在平行于Z轴的方向内用轴向静压轴承41支承并加预载。由于采用了型号为EP-A-0 602 724的联接件47，轴向静压轴承41可以相对支承面43及回转轴线29的交点51摆动，因而轴向静压轴承41的支承面43与45相对转动轴线29在垂直度方面的不准确性在主轴27绕回转轴线29转动时对主轴27平行Z轴的位置没有影响。
上面提到的定位装置49有一驱动杆53平行Z轴伸展且联接到联接件47上。驱动杆53由若干个图1中仅示意表示的导轨55作引导，诸导轮在箱57中的转动轴承联接到机座3上。定位装置49还有一摩擦轮59，它的转动轴承也是在箱57中并能由联接在箱57上的电动机61所驱动。摩擦轮59带预紧靠在驱动杆53上，因而主轴27可以由电机61通过摩擦轮59、驱动杆53、联接件47以及轴向液压轴承41平行于Z轴实现移位。图1还表示，主轴27由另一个电动机63驱动，绕旋转轴线29转动，该电动机63也是安装在机座3上并通过带轮65、绳67、另一和空心轴37一体的带轮69联接到空心轴37。绳67有足够的弹性来适应空心轴37及另一个带轮69平行于Z轴的位移。
工件35可以用第二夹持器33中的切削刀具13加工，这时工件35由电动机63驱动绕轴线29旋转，带刀具13的第一夹持器11由定位装置15带动以适当的方式平行X轴移动，而带着工件35的第二夹持器33由定位装置49带动以适当的方式平行Z轴移动。如果第二夹持器33连续的Z位置仅仅取决于第一夹持器11的X位置，工件35就得到一个相对于旋转轴线29旋转对称的表面。如果第二夹持器33连续的Z位置还取决于主轴27绕旋转轴线29的回转角，工件35的表面就不是旋转对称于旋转轴线29。工件35，举例说，可以是塑料透镜或隐形眼镜，就有旋转对称的球面的或非球面的，或者是旋转非对称散光表面，一种用复制法制造这种透镜的模，或者轴向动力槽支承的支承表面。
图2表示机床1的控制部分71，利用它定位装置15与49就可控制。控制部分71包括有外形发生器73，它根据事先规定好的程序发出第一信号Ux，对应于带着刀具13的第一夹持器11的一个要求的X位置，再发出第二信号Uz相当于带工件35的第二夹持器33的一个要求的Z位置。信号Uz是按照数学算法作为刀具13需要的X位置和主轴27绕旋转轴29测得的旋转角的函数由外形发生器73算得的。如图1所示，机床1为此目的包括有一种普通而本质上著名的光学转角传感器75，装在靠近主轴27的第二端77处，而控制部分71有第一电输入79，见图2，用来接收第一电输入信号U该信号对应主轴27回绕旋转轴线29的转角，由转角传感器75测定。
图2还表明，控制部分71包括有第一比较器81，它把对应于带刀具13的第一夹持器11需要的X位置的第一信号Ux和第二电输入信号Uxx进行比较。第二电输入信号Uxx对应于第一夹持器11测得的X位置，它由控制部分71的第二电输入83所接收。第二电输入信号Uxx由一第一光学位置传感器85供给，该光学传感器是普通而本质上著名的，在图1中仅示意地表示，备有光源87和光检测器89联接到定位装置15的箱子19，还有一装在定位装置15的滑座9上的反射面91。如图2所示，第一比较器81供应一个差分信号Ucx＝Uxx-Ux送到普通而本质上著名的第一控制器93这信号供给定位装置15的电动机25，使差分信号成为零Ucx＝0，而带刀具13的第一夹持器11的测得的与需要的X位置成为相等。
图2还表示，控制部分71还有第二比较器95对第二信号Uz与第三电输入信号Uzz进行比较。第二信号Uz对应带工件35的第二夹持器33需要的Z向位置，由外形发生器73计算出，第三信号Uzz对应于测得的第二夹持器33 Z向位置，由控制部分的第三电输入口97所接收。第三电输入信号Uzz由普通而本质上著名的第二光学位置传感器99供给，在图1中再一次仅示意地表示，有一光源101及一光学检测器103，都固定在定位装置49的箱体57上，而且还有一反射面105联接在定位装置49的驱动杆53上。图2表示，第二比较器95供应一差分信号Ucz＝Uzz-Uz，它被送到普通而本质上著名的第二控制器107，它向定位装置49的电动机61供电，使差分信号消失Ucz＝0，即，装工件35的第二夹持器33测得的Z向位置与需要的Z向位置相等。
因为定位装置15、49的摩擦轮23、59靠在驱动杆17、53上带有预应力，而滑座9和主轴27是用静压轴承相对机座3引导移动的，第一夹持器11与第二夹持器33用定位装置15、49彼此相对运动时基本上是无摩擦、无窜动、无滞后的。由于这点，以及由于控制部分71的控制器93、107的适当的设计，结果第一夹持器11与第二夹持器33彼此相对定位时定位精度可达亚微米范围，亦即定位精度达到0.1μm或更高的水平。由于工件35可以达到的尺寸精度是由刀具13相对工件35的定位精度决定的，还由于刀具13相对工件35的位置取决于第一夹持器11相对第二夹持器的位置，还取决于刀具13相对工件35的参考位置。工件35有一也是在亚微米范围内的尺寸精度，只要所述刀具13相对工件35的参考位置能以亚微米范围的精度来测量。
机床1的控制部分71的轮廓发生器73有一控制程序，用此程序刀具13相对工件35的参考位置就以下面详细说明的方式进行测量。为此目的，机床1上也有一传感器109，图3中示意地表出并如图1所示联接到第一夹持器11上。传感器109是光盘机上的本质上著名的光学检测器，传感器在光盘机上用在控制***里把光学测读元件聚焦在被读光盘的带信息的面上，并使光读元件定位在光盘面信息道的垂直方向内，该信息道将由光读元件跟踪的。如图3所示，传感器109包括一光源111，一半透明板113，一物镜***115用来将光源111所辐射的光聚焦到工件35的表面上，一圆柱透镜117，以及一细分为四个象限的聚焦误差检测器119。这种传感器的操作在G.Bouwhuis等人所写的“光盘***原理”(“Principles of Optical Disc System”Adam Hilger Ltd，Bristol，ISBN 0-85274-785-3.)一书中有说明。传感器109的聚焦误差检测器119检测由光源111所辐射并工件35的表面及射回的光的焦点F是否仍在工件35的表面上。这种聚焦误差检测器119供给一电输出信号，和被检测的聚焦误差相比这是相当强的，例如10μm的聚焦误差输出电压为10V.，就是说它有高灵敏度。
刀具13与传感器109联接成彼此相对并相对第一夹持器11固定不变的位置关系。刀具13与传感器109为此目的联接在第一夹持器11上，举例来说，采用普通而且熟知的带联接，图1中没有表明任何细节。因为刀具13与传感器109是在固定不变的彼此相对位置并相对第一夹持器11联接在固定不变的位置上的，刀具13相对传感器109的位置精度取决于第一夹持器11的机械刚度和热膨胀系数。这是由第一夹持器11适当的设计和切削刀具13及传感器109固定到第一夹持器11上的位置恰当的选择来达到的，使刀具13相对传感器109的位置有一精度相对工件35需要的精度要高得多。
根据控制部分71的所述控制程序，刀具13相对工件35的参考位置是如下测量的。首先转动的工件35上准备有一如图4a中示出的表面121垂直于旋转轴线29伸展而刀具13用定位装置15在预先定好的第二夹持器33的参考位置Z参内平行X轴移动。结果，工件35上由刀具13加工出圆槽123，如图4a中所示，过程如下：第一夹持器11与刀具13由定位装置15被移动到定位装置15的一预定的第一参考位置X参1，然后由第二夹持器33平行于Z-轴作适当的位移使刀具13切入旋转的工件35到预定的切深d，然后由定位装置15使第一夹持器11和刀具13平行于X轴移位到预定的定位装置15第二参考位置X参2。如图4a所示，当第一夹持器11分别是在第一和第二参考位置X参1及X参2时，刀具13相对工件35分别是在第一参考位置X’参1和第二参考位置X’参2里，因而圆槽123的内直径D内等于2XZ’参1，而圆槽123内外径D外等于2XX’参2。
圆槽123形成工件35的识别记号，由传感器109根据所述控制程序进行检测。如图4b所示，为此目的，依照控制程序通过第二夹持器33适当的位移，传感器109聚焦在工件35的表面121上。接着，由定位装置15使传感器109平行于X轴沿着与第二夹持器33的回转轴29相交的直线作位移，而带工件35的第二夹持器33的Z向位置保持不变。当传感器109在这时经过圆槽123的内侧墙125或外侧墙127，所述内侧墙125或外侧墙125就被传感器109所检测到，因为这时传感器109不再聚焦在工件35的表面121上，而聚焦误差检测器119则检测到一聚焦误差。如图4b所示，圆槽123的内侧墙125与外侧墙127在传感器109平行于工件35的表面121作位移时各自被传感器109两次检测到。传感器109检测到圆槽123的内侧墙125时第一夹持器11和定位装置15的X位置分别叫作X’2与X’3，而传感器109检测到圆槽123的外侧墙127第一夹持器11和定位装置15的X位置叫作X’1与X’4。控制程序然后从圆槽123的内侧墙125的直径D内来确定刀具13相对工件35的第一参考位置X’参1，其中D内＝X’3-X’2，而X’参1＝D内/2＝(X’3-X’2)/2，同时控制程序从圆槽123的外侧墙127的直径D外来确定刀具13相对工件35的第二参考位置X’参2，其中D外＝X’4-X’1而X’参2＝D外/2＝(X’4-X’1)/2。因为传感器109和刀具13在这测量过程中是相对第一夹持器11并相互相对联接在固定不变的位置，而且由定位装置15平行于X轴使之移位的，刀具13相对工件35的参考位置X’参1和X’参2的测量精度由定位装置15的定位精度决定，如前所述，后一种精度在亚微米范围。
由于刀具13相对第一夹持器11，第一夹持器11相对定位装置15，定位装置15相对机床1的机架3之间位置以及第二夹持器33相对机床1的机架3位置的偏差本质上是定常的，测得的刀具13相对工件35的参考位置X’参1和X’参2偏离定位装置15的参考位置X参1与X参2，其中圆槽123的内侧墙125与外侧墙127分别是刀具13加工的。当工件35被刀具13加工时，带刀具13的第一夹持器11由定位装置15移到顺序的X位置X’，而带工件35的第二夹持器33则由定位装置49移到顺序的Z位置Z’，这些X和Z位置X’和Z’由外形发生器73决定。根据控制程序，顺序的X位置X’因而各自对应于一要求的定位装置15的第一夹持器11的X-位置的X由机床1的使用者输入控制程序和定位装置15的第一夹持器11的参考位置X参与刀具13相对工件35测得的参考位置X’参间的差δX参之和。这样，定位装置15的第一夹持器11的参考位置X参是所述第一与第二参考位置X参1和X参2的平均值；X参＝(X参1+Z参2)/2，而刀具13相对工件测量得的参考位置X’参是测得的第一和第二参考位置X’参1和X’参2的平均值；X’参＝(X’参1+X’参2)/2，因而X’＝X+δX参＝X+(X参-X’参)＝X+(X参1-X’参1)/2+(X参2-X’参 2)/2。因为定位装置15的第一夹持器11的顺序的X-位置X’各自对应于使用者需要的X-位置X与定位装置15的第一夹持器11的参考位置与测得的刀具13相对工件35的参考位置之差的所述和，就能得知定位装置15在X-位置X’，刀具13是在相对工件35的一个X-位置，这对应于使用者希望的X-位置X，因为希望的定位装置15的X-位置X可调整到亚微米范围的精度，而且参考位置X参与X’参可以以亚微米范围的精度进行测量，X位置的X’可以调整到亚微米范围的精度，因此刀具13相对工件35可以安放位置到，工件35用刀具13加工到亚微米级的精度。
应当注意，刀具13相对工件35的位置是指刀具15的刀尖P的位置，如图5所示。刀尖P形成刀具13有曲率半径r的圆弧切削刃129的中心。可以注意刀具13相对工件35的参考位置也是以一种本质上广为所知的方式修改的并一般用在刀具13的切削刃129上，切削刃129的形状事先以亚微米范围的精度测量过并纳入控制程序。
图6示意地表示为实现按照本发明的方法的一种机床131的第二实施例。机床131包括有装铣刀135的第一夹持器133，铣刀135相对第一夹持器133装有轴承并可用联接到第一夹持器133的电动机137驱动旋转。第一夹持器133用图6中没有表示任何细节的定位装置沿第一直线导轨139移动。第一直线导轨139仅示意地表出，它平行Z轴延伸，此Z轴与铣刀135的回转轴线141重合。图6还表示，机床131有一第二夹持器143，可以用来夹持用铣刀135加工的工件145。平面图图7中示意表示第二夹持器143。如图7所示，第二夹持器143用图7中没有表示出任何细节的一定位装置沿仅示意表示的第二直导轨147移动。第二直导轨147平行于与Z轴垂直的X轴延伸，并联接到可移位的滑座149，该滑座149用另一定位装置(图7中未有任何细节表出)沿第三直导轨151可以移位，第三直导轨151也仅示意表出，平行于方向垂直于Z轴及X轴的Y轴延伸。如图6及图7表示，X轴、Y轴与Z轴彼此在坐标***(Z，Y，Z)的原点O相交，没原点O在回转轴线141上(图6)。
工件145可以用铣刀135这样加工：铣刀135绕回转轴线141由电动机137转动，带铣刀135的第一夹持器133平行于Z轴以适当的方式移动，而带工件145的第二夹持器143则以适当的方式平行于X轴与Y轴移位。机床131第二实施例具有，和第一实施例1一样，诸图中未表明任何细节的控制部分带有控制程序，利用它对工件145相对铣刀135的一个参考位置进行测量。如图6所示，131为此目的包括有和机床1的传感器109种类类似的一个传感器153，而铣刀135和传感器153就象机床1的刀具13和传感器109一样，是联接在相对第一夹持器133以及彼此相对固定不变的位置上的。如图6所示，传感器153为此目的是固定到传感器夹持器155上而后者是相对第一夹持器133联接在固定不变的位置上的。
现在扼要解释工件145相对铣刀135的参考位置如何用机床131的控制程序测量。首先，工件145像机床1的工件35一样准备有垂直Z轴延伸的表面157，如图8所示，工件145在垂直于Z轴的平面内用第二夹持器143的定位装置移位到带转动的铣刀135的第一夹持器133的预定参考位置Z参内。然后，图8所表示的圆柱形识别记号159在工件145的表面157上形成。工件145放在第二夹持器143的定位装置的预定参考位置X参与Y参，然后铣刀135通过第一夹持器133适当的位移在工件145的表面157上加工出圆柱形凹槽。识别记号159这样就有一相当于铣刀135直径的直径。当第二夹持器143的定位装置是在参考位置X参与Y参时工件145相对铣刀135是在R’参与Y’参参考位置上，因而图8中所示圆柱识别记号159的一轴线A是在位置X’M＝X’参+δX，及Y’M＝Y’参+δY，其中δX是铣刀135的旋转轴141与传感器153的光学轴线163间的一段距离，事先平行X-轴量得并输入控制程序，而δY是铣刀135的旋转轴141与传感器153的光学轴线163之间的一段距离。图6中只能看到距离δY。然后传感器153通过第一夹持器133适当的位移，聚焦在工件145的表面157上。此后，工件145首先平行于X-轴依照图8中所示第一直线11首先移动，而第一夹持器133的Z向位置是定值，第二夹持器143的Y位置是Y’1。传感器153在这过程中两次检测到检测记号159的一个侧墙161。第二夹持器143的位置以(X’11，Y’1)与(X’12，Y’1)表示，在这位置中，当工件145沿直线11移位时，传感器153检测到识别记号159的侧墙161。接着，工件145平行于Y轴线沿第二直线12(见图8)移动，这时第一夹持器133的Z位置是定常的而第二夹持器143的X位置是X’2。传感器153检测到识别记号159的侧墙161时的瞬间，沿直线12的工件145的位移被停止。当工件145沿直线12移动，传感器153检测到识别记号159的侧墙161时的第二夹持器143的位置是(X’2，Y’21)。控制程序接着以普通且广为所知的方式确定圆心位置，包括测得的位置(X’11，Y’1)，(X’12，Y’1)和(X’2，Y’21)。所述圆心的X位置与Y位置对应于识别记号159的轴线A的所述位置X’M与Y’M。铣刀135相对工件145测得的参考位置(X’参，Y’参)按如下算出：X’参＝X’M-δX，Y’参＝Y’M-δY。如在机床1中，铣刀135相对工件145的参考位置R’参与Y’参测量时的精度是由第二夹持器143的定位装置的定位精度决定的。所述定位精度归功于所述定位装置和定位装置的控制部分的设计是在亚微米范围内的，因此所述的参考位置都能以亚微米范围的精度来测量。
用铣刀135在工件145上操作时，第二夹持器143带同工件145被移位到连续的X-与Y-位置X’与Y’。X’与Y’根据机床131的控制程序各自对应两个数据的和，X’的第一数据是第二夹持器143需要的X位置的X值，由机床131的用户输入控制程序。另一数据是第二夹持器143的参考位置X参与测得的铣刀135相对工件145的参考位置X’参之间的差δX参。Y’对应于第二夹持器143需要的Y位置的Y值，由机床131的用户输入控制程序，和第二夹持器143的参考位置Y参与测得的铣刀135相对工件145的参考位置Y’参间的差δY参，因而分别得到X’＝X+δX参＝X+(X参-X’参)，和Y’＝Y+δY参＝Y+(Y参-Y’参)。因为期望的第二夹持器143的X-与Y-位置X与Y可调整到亚微米范围的精度，而参考位置X参，X’参，Y参和Y’参可以以亚微米范围的精度测量，X-和Y-位置X’和Y’可以调整到亚微米范围的精度，因而铣刀135可以相对工件145定位到，工件145用铣刀135加工到亚微米范围的精度。
前面描述的机床1以刀具13加工旋转的工件35，而前面描述的机床131以旋转的铣刀135加工工件145。可以注意到按照本发明的方法也适用于其他型式的以刀具加工工件，而工件与刀具彼此相对作位移的机床。因而这方法，举例来说，可以用于一种刀具是激光刀的机床或者刀具是电火花腐蚀刀的机床。
机床1上带刀具13的第一夹持器11平行X轴线可以移动，而带工件35的第二夹持器33可以绕Z轴线转动和平行Z轴线移动。机床131带铣刀135的第一夹持器133可以平行Z轴线移动，而带工件145的第二夹持器143平行X轴线和平行Y轴线能移动。已指出过根据本发明的方法也能应用于这样的机床，其中带刀具的第一夹持器和带工件的第二夹持器以某些其他方式彼此相对位移。因而这方法还可以，举例来说，用在一台机床上，其中带刀具的第一夹持器平行X轴线与Z轴线可以移位而带工件的第二夹持器绕Z轴旋转，或者用在一台机床上其中第一夹持器平行于X轴线与Z轴线可以移位而第二夹持器是鼓形的，并绕平行X轴的旋转轴线转动。
机床1按照所述方法提供一圆形槽123作为识别记号，而机床131提供一圆柱形凹口159作为识别记号。可以注意到按照所用方法识别记号可以替代地有不同的形状和几何条件，识别记号的形状和几何条件通常取决于机床型式和刀具型式。例如，在前段中描述的有鼓形第二夹持器的机床上，识别记号可以是一圆槽，其中心线与鼓形第二夹持器的所述转动轴线重合。
最后要说明的是，代替前面描述的光学传感器109，153，可以用其他型式的传感器，举例说像普通广为所知的机械触头、电容传感器或者电感传感器。

Claims (12)

1.一种方法，用来测量联接到机床第一夹持器中的刀具相对工件的参考位置，所述工件由所述刀具加工并由机床第二夹持器所夹紧，所述两夹持器由一定位装置使彼此相对作位移，以这种方法在预先决定的定位装置的参考位置内用刀具在工件上加上一识别记号，然后一传感器与工件由定位装置使之彼此相对移动，刀具相对工件的参考位置由定位装置的位置所决定，在此位置上识别记号由传感器检测到，其特征在于在识别记号形成以前，刀具与传感器彼此相对并相对第一夹持器是联接在固定不变的位置上的。
2.一种用刀具加工工件的方法，在这种方法中工件相对刀具的参考位置是用权利要求1中所说明的方法来测量的，其特征在于，为了加工工件的目的，定位装置被移位到顺序的若干位置上，每个位置都对应于一个供给定位装置的位置和定位装置的参考位置与测得的刀具相对工件参考位置之差的和。
3.一种如权利要求1或2所述的方法，在此方法中第二夹持器绕一旋转轴线转动而第一夹持器相对第二夹持器平行于方向垂直于旋转轴线的X轴线由定位装置实现位移，特征在于工件有一垂直于旋转轴线延伸的表面，而识别记号是由刀具在所述表面上加工出的圆槽。
4.一种如权利要求3所述的方法，其特征在于刀具相对工件的参考位置是由传感器所测得的圆槽的直径所决定。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于用一光学检测器作为传感器，利用它圆槽的一侧墙被检测到。
6.一机床，具有为刀具用的第一夹持器；为用所述刀具加工的工件用的第二夹持器；用来使两夹持器能相对移位的定位装置，以及用来控制定位装置的控制部分，定位装置能被控制部分所控制，为了测量刀具相对工件的参考位置的目的，遵照控制程序，刀具在工件上事先确定好的定位装置的参考位置作出一识别记号，就测定位装置使传感器相对工件移动，刀具相对工件的参考位置是由定位装置的位置来确定，在此位置中传感器检测到识别记号，特征在于刀具与传感器是联接在彼此相对且相对于第一夹持器在操作时固定不变的位置上的。
7.如权利要求6所述的机床，其特征在于，为了加工工件，定位装置可以遵照控制程序移位到相继的诸位置，这些位置各自对应于由机床使用者供给控制程序一个定位装置的位置与定位装置的参考位置和测得的刀具相对工件的参考位置之间的差的和。
8.如权利要求6或7所述的机床，特征在于传感器是光学检测器。
9.如权利要求8所述的机床，其特征在于光学检测器备有光源，用来把光源辐射的光聚焦到工件上的物镜***，以及一聚焦误差探测器。
10.如权利要求6、7、8或9所述的机床，其中第二夹持器是绕转动轴线回转的而第一夹持器相对第二夹持器平行于方向垂直于旋转轴线的X轴由定位装置可以移位，其特征在于识别记号是一圆槽，是由刀具在垂直于回转轴线延伸的工件表面上加工出的。
11.如权利要求10所述的机床，其特征在于刀具相对工件的参考位置是由传感器所测得的圆槽直径确定的。
12.如权利要求8或9及权利要求10或11所述的机床，其特征在于光学检测器检测圆槽的一侧墙。
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