CN1688949A - 用于测量、补偿和测试数控机床头和/或工作台的***和方法 - Google Patents

用于测量、补偿和测试数控机床头和/或工作台的***和方法 Download PDF

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Abstract

公开一种***和方法，自动操作并且与数字控制***成一体，针对测量、补偿和测试数控机床头(1)和/或工作台。该***包括：至少一个配备多个距离检测器(14)的一个支撑基座(11)；至少一个包括一个延长的圆柱(17)的计量工具类型的装置(16)，该圆柱(17)的一个未端配备针对所说的头(1)的连接装置(18)而另一相反的未端配备一个球状物(20)，其中该球状物(20)紧靠所说的检测器(14)放置，以使检测器(14)总是能够在任何位置测量它们距该球状物(20)的分隔距离，并且因此确定在该笛卡尔空间中的位置。

Description

用于测量、补偿和测试数控机床头和/或工作台的***和方法
本发明涉及用于测量、补偿和测试数控机床的旋转头和/或工作台的方法，以及涉及这种方法的硬件和软件***。
在下面描述和示出的本发明是用于机器头，但是显而易见的是，由于包括了笛卡尔参考***转换，所以在此描述和示出的各个方面都能够类似地应用到具有头+工作台的***或达到相同创造性和优点的仅具有机床工作台的***。
数控机床的旋转头(下面称为″头″)是通过一个数控(CNC)的机床轴。这些头是以一个或两个旋转自由度共同配备的。毫无疑问地被认为包括在本发明范围中的对这种结构的可能的变化是其中该旋动的旋转头被部分或整个地在旋转工作台上分解。
下面将被描述的硬件***将实现以自动处理测量足以的值，使得测量方法和软件能够处理该机器此部分的补偿和测试。
术语″头的几何测量″意味着几何头误差的测量。这些误差是由部件的不正确的实现或由部件的重量所造成的一个不正确的部件装配产生的。下面还将说明这些出错类型的更详细的分类。
术语″头装置的补偿″意味着在数控中的测量误差的软件校正。如前面提到的那样，下面将给出一个误差分类，并且根据该分类给出相关的软件补偿算法。该补偿进一步包括一个测量软件和一个补偿软件。该测量软件实现执行和处理该测量数据，而该补偿软件执行测量和处理误差的校正。
术语″头的自动处理″意味着一系列通过该硬件***的自动机械移动，收集测量软件处理的测量来产生补偿软件输入数据。
术语″头的动态测试″意味着包括旋转头轴的机械移动的动态响应的测量。通常，这些测试将指出″这些轴的″抽动″和″波动″问题。
目前，虽然存在人工或半自动几何测量处理，但是没有用于头的动态测试***：首先对于本发明的目的来说，那些人工或半自动的几何测量处理不是集成在数控中的***，并且不能实现任意地适合执行测量必须考虑的误差模型的复杂性的自由度。
目前提供测量***使用的几何测量包括诸如十进位或千进位的比较器，以及诸如鉴定矩形、控制柱面的人为模拟(artefact)(通称为″计量工具″)等。在已经装配并且重复地定位上述人为模拟之后，测量操作器利用一系列公知的人工操作来处置该测量值。该半自动处理主要地使用数字感测器装置(例如见Renishaw***MP10)和一个参考人为模拟(主要是一个球状物)。从而以测量处理而有可能获得能够以手动***测量的部分值。由于将被执行的测量数量和由这些已知技术产生的定时过长并且烦琐，所以这些已知技术的主要问题是使得它们与数控集成的困难以及使用复杂补偿模型的不便利。
如能够从图1的示意图中看到的那样，这种应用的局限之一是不是所有的必要测量和/或针对几何头的测量的变量都能够被自动地测量。在图1中可见，在以相互旋转移动地配备两个部件3和5以及管茎7的头1的轴和基准笛卡尔轴之间的平行性检查是通过紧靠管茎7放置的一个测量仪(通常称为″计量工具″)9执行。此类操作的局限本质上在于采用的测量***和随后的受限的测量处理。
本发明的目的是解决现有技术中的缺陷，提供一种用于测量、补偿和测试数控机床头的***和方法，实现获得下列的创新：
a)一种仪器，以及为此仪器使用的方法，用于自动地执行把这种***集成到数控中的几何测量；
b)增加这种测量的复杂性的机会，以便描述更复杂的头的误差，但总是具有相对于该已有技术而言大大降低的测量执行时间；
c)使用这种仪器用于动态测试；
d)使用已知的校正***来执行测量误差的补偿。
如在独立权利要求中公开的***和方法达到的本发明的上述和其它目的将从下列描述中变得显见。从属权利要求中公开了本发明的最佳实施例和非同一般的变化。
下面将参考包括的附图更好地描述提供作为非限制实例的一些优选实施例来描述本发明，其中：
-图1是表示已有技术中的轴正交测量步骤的示意图；
-图2A至2D是本发明***的一个实施例的支撑基座11部分的示意图；
-图3是本发明***的一个实施例计量工具部分的侧视图；
-图4A至4C是具有相关几何模型的本发明***的头的一个实施例的示意图；
-图5A至5C是具有相关几何模型的本发明***的头的另一个实施例的示意图；
-图6是根据本发明的***实施例的示意图；
-图7A至7C是示出该被测的量的方式的示意图；
-图8A至8C是表示图2A至2D的支撑基座的移动的示意图；
-图9是表示本发明***的一个应用示例的示意图；
-图10至13是图9实例中的进一步的步骤的示意图；
-图14A和14B是表示本发明***的一个进一步应用示例的示意图；
-图15是表示本发明***的某些操作定位的透视图；
-图16是表示章动器头的示意图；
-图17至21是本发明***的移动的示意图；和
-图22到24是表示本发明的头模型的动作的矢量曲线。
参考附图，其示出本发明的***的非限制的最佳实施例。在此是作为应用到测量、补偿和测试数控机床头1来描述该***，但是显然能够发现对于在参考***中需要完自动地操作、目标位置的正确和可靠测量的任何领域的有效和高效率的应用。
参考附图，尤其参考图2至5，用于测量、补偿和测试数控机床头1和/或工作台的***实际包括：
至少一个配备多个距离检测器14的一个支撑基座11；
至少一个包括一个延长的圆柱17的计量工具类型的装置16；该圆柱17在其一端配备有用于该头1的连接装置18而在另一相对端配备有一种球状物20，该球状物20紧靠检测器14放置，使得检测器14总是能够在任何位置测量距该球状物20的距离。
具体地说，该支撑基座11可以是圆形状的，并且最好配备有三个在基座适当的位置互相120°地放置的距离传感器14。相反，连接装置18是锥形的，而且该头1被用于在它们的移动部分3、5之一中容纳该连接装置18以便在测量期间不可移动地与之连接。
根据图6所示，本发明的***操作地耦合到处理装置30，该处理装置30包括用于执行能够被模型化的测量误差处理的装置31、用于执行不能被模型化的测量误差处理的装置32和用于执行动态校验的装置33。此外，头1是操作地与测试和控制装置34耦合，测试和控制装置34也包括用于执行能够被模型化的错误补偿处理的装置35、和用于执行不能被模型化的差错补偿处理的装置36。
根据理想地示出该工具梢端的该计量工具16的球状物20的定位误差的测量，能够获得两种可能的处理：
1)该头1已经被通过使用动态补偿而移动(其错误能够被模型化)。随后该CNC认为已经保持该球状物20中心不移动(在CNC***中这类移动通用称为带有启动的RTCP的移动)。该误差测量能够使用下列可选方案之一来执行：
a)由支撑基座11的检测器14提供的值能够被转变成该计量工具16的球状物20的实坐标。该球状物20的理论坐标和实坐标之间的差值表示该测量误差。
b)支撑基座11的检测器14提供的值可用于校正该机器线性轴的位置，以便把该球状物20复回到检测器14提供该初始值的点。以此方式，球状物20将不被移动，否则该线性轴将执行关于该CNC根据当前动态补偿强到该轴的一个附加移动。这样的校正就是测量误差。
2)该头的控制将不使用任何在该CNC中的动态补偿。通过前面列举的处理b)，校正该线性轴的位置以便把该球状物20复回至该检测器14提供初始值的点。这种引入的移动表示用于计算目的的间接误差测量。
就这样的误差检测机制而言，通过能够容易和迅速执行某些变换的软件，支撑基座11利用检测器14提供该计量工具16的该球状物20的位置。检测该球状物20的位置的过程在本专业中是已知的，不在此说明书中进一步描述。为了测量该误差，有必要执行支撑基座11的传感器14的校准处理(这种过程在本专业中是已知的，将不在此详细描述)。
与用于从对于该机器的受控移动中提取该定位误差的技术无关，如图7A至7B所示，该测量***被理想地假设能够测量该机器移动(期望的移动+测量误差)。在图7A中示出头1轴的偏移误差A，根据该偏移误差A，如图7B所示，随着该头1从位置B到位置C的编程移动而出现测量误差D，图中由对应的箭头表示这种移动。从而出现图7C中的情形，该图7C示出该执行的测量的示意图。
关于该误差测量处理，利用检测器14和支撑基座11作为三角架的本***的结构的优点是：
1)足以的测量准确度以便确定计量工具16的球状物20的中心而因此确定将被测量的误差。能够使用不同技术实现该检测器14，并且能够提供与计量工具16的球状物20的联系或不与其联系。当使用距离检测器14而不是接触检测器以及容性类型的检测器时，该支撑基座11能够被成形为一个中空球面盖(没示出)，其焦点就是该计量工具16的球状物20的中心。这是为了减小容性测量噪音。这种改变(以及类似措施)一定不能被认为是如前所述的支撑基座11的基本概念的变化。
2)该计量工具16倾斜到水平线之下而不与运动物体和测量仪之间相碰撞是可能的。能够达到用于测量的大范围定位，从而使得测量软件监查全部感兴趣的头位置。
根据图8A至8C所示，该支撑基座11能够连接到支承装置40，该支承装置40用于该支撑基座11的旋转相对于其自己的轴(F)呈90°，以便达到在两个相互垂直尽端轴(F，G)之间的多个工作位置。该支承装置40进一步用于在一旦已经达到该尽端轴(G)位置后使得该支撑基座11同时地围绕轴(F)的垂线转动。
如先前所述的那样，就该头1的几何测量过程而言，通过测量仪和测量过程实现自动测量，使得增加几何头模型的复杂程度。在本说明书中，头1的″几何模型″意味着描述该头1相对于理论数学模型的实际行为的数学模型。这种模型的参数是通过测量获得的那些参数。
图4A至4C和图5A至5C示出某些头的类型以及涉及到能被在此描述***所用的可能更复杂的模型相关的当今使用的简化几何模型。
这些几何模型的参数能够被称之为可被模型化的误差，意思是一个可能的补偿***能够使用这些参数来计算该CNC为了工作目的而必须校正的误差。这些必须校正的误差例如是工具未端(工具梢端)的位置误差。
在头1已经通过使用上述***补偿时，其将有一系列虽然更复杂但该使用的模型不描述的误差。这些能够被称为不能被模型化的误差将导致仍然不正确的工具梢端位置。在此描述的该仪器(以及例如数字触针和基准球状物)还能够执行这些残留误差的测量。
现在要说明的是，描述的***能够提供必要的数据来标识被选择作为一个实例的一个头1的几何模型的参数。该示范被分成三个实例，描述具有用于测量能被模型化的误差的增加复杂性的几何模型，并且另外一种实例描述不能被模型化的误差的测量。
为了更明晰起见，过程的示例将包括：
例1)用于测量利用简单几何模型的一个头的程序
例2)用于测量利用复杂几何模型的一个头的程序
例3)用于测量使用求解复杂模型的算法的一个头的程序
例4)用于测量不能被模型化的误差的程序
例5)一个实际方案的描述
例1：
考虑图9中的几何模型，其中假定该轴游程是A[0；360]B[-90；90](参考图9)的一个实例：
模型的参数是：
·用于轴A和B的角定位精确度。
·轴A和B的方向和旋转中心。必须定位该旋转轴的完全取向，以便确定在旋转轴和线性轴之间的位置的平行性。
·轴A和B的零预置。该0预置表示在位置0被编程的一个轴的位置。对于一个头来说，0预置是其中该工具被与轴Z对准的点。
·P(通常称为枢轴)、DY(用于轴B的转动轴和轴A之间的距离)、DTy(在计量工具轴和用于轴A的旋转轴之间的平面YZ中的距离)、DTx(在计量工具轴和用于轴A的旋转轴之间的平面XZ中的距离)
必须指出，该附图在平面YZ中假设已经定位了用于轴A的0预置。否则，由于轴B的旋转轴将不垂直于平面YZ，则除了一个分量DY之外，在该旋转轴之间的距离还将具有一个分量DX。就是为此原因，在计算DY之前计算0预置。
为了在该附图中的展示的方便，旋转轴被示出与线性轴平行。在实践中，这种平行是在测量并且校正在转动轴和线性轴之间的平行性而获得的。
该测量程序由如下步骤组成：
步骤1：
头定位A＝0 B＝90°。
轴A从0°到360°移动并且针对在轴A移动中的限定间距执行定位误差采集。
然后测量描述一个圆的一系列点。可以用公知的二次误差最小法计算圆公式。
有可能从该测量点(具有与轴A变换位置的一个单一关系)确定针对轴A的角定位精确度。
可能从圆公式确定轴A相对于轴Z的旋转轴倾斜(在转动轴A和线性轴Z之间的平行性)。
随后有可能从该测量点确定哪个是针对处在平面YZ中的测量点的该轴A传感器值。从而确定针对轴A的该0预置。
必须指出，在轴B中的误差(0预置、平行性和传感器线性)没有影响。
步骤2：
利用与在步骤1中类似的程序，头被定位A＝0 B＝90°，并且从90°至-90°执行轴B的移动以及针对在轴B移动中限定的间距执行一个定位误差采集(见图15)。
然后测量描述一个半圆形的一系列点。可以利用公知的二次误差最小化方法计算圆公式。
有可能从该测量点(具有与轴B变换位置的一个单一关系)确定针对轴B的角位置精确度。
可能从该圆公式确定轴B相对于轴X的旋转轴倾斜(在转动轴B和线性轴X之间的平行性)。
随后有可能从该测量点确定哪个是针对处在平面XZ中的该测量点的轴B传感器值。从而确定用于轴B的0预置。
此时针对轴A和轴B已知下列内容：角位置精确度、旋转轴和线性轴之间的平行性、零预置。被在补偿软件中激活这种参数或通过考虑在该测量软件中的它们的值，能够假设已经消除了它们的效果并且因此该头已被驱动至在该开始图中描述的状态。
步骤3：
测量在位置A＝0 B＝0和A＝180 B＝0的误差(见图10)。
获得关系：2*DTx＝X，
其中X是能够通过计量工具(见图3)+三脚支撑物(见图2)测量***测量的一个值的索引。
步骤4：
测量在位置A＝0 B＝0和A＝180 B＝0的误差(见图11)。
获得关系式：2*(DY+DTy)＝Y，
其中Y是能够通过计量工具+三脚支撑物测量***测量的一个值的索引。
步骤5：
测量在位置A＝0 B＝-90和A＝180 B＝90的误差(见图12)。
获得关系式：2*DTy＝Z，
其中Z是能够通过计量工具+三脚支撑物测量***测量的一个值的索引。
步骤6：
测量在位置A＝0 B＝-90以及A＝180 B＝-90的误差(见图13)。
获得关系式：2*(DY+P)＝Y，
其中Y是能够通过计量工具+三脚支撑物测量***测量的一个值的索引。
在步骤3至6中找到的等式都是独立的并且它们的分辨率能够被数学地表示。
能够利用类似的程序测量一个章动器头。
图16示出一个同类头1(章动器头)的一个简化的几何模型。假设一个实例，该轴游程是A[0；360]B[-180；180]
此模型中的参数(即将被测量的误差)是：
·针对轴A和B的角位置精确度。
·针对轴A和B的方向和旋转中心。
·针对轴A和B的零预置。
·DTx，DX，DTy，DY和P。假设已知45°的角度(α)。将被执行5次量测，并且支撑基座11设置始终是基本配置的设置。
如在前面图16中的情况，示出的旋转轴与理论结构平行(轴A以距轴X以45°地并行于平面XZ中的轴Z和轴B)。在实践中，这种关系是在已经测量并校正了在转动轴和线性轴之间的平行性并且获得了0预置之后获得的。
该测量程序由下列步骤组成：
步骤1：
如前面情况那样，针对测量轴A执行一个圆的测量。B被设置在180°(平面XY中的计量工具)，通过从0°到360°移动A来执行测量。
执行的操作与前相同，并且因此获得：针对轴A角位置精确度；旋转轴A和轴Z之间的平行性；计量工具处在平面XZ中的轴A的0预置。
步骤2：
如前面情况那样，针对测量轴B执行一个圆的测量。A设置在0°并且通过从-180°至+180°执行测量。
该点的序列描述落在理想地将与平面YZ相交于平行Y的一条直线以及与平面XZ关于X呈45°相交一条倾斜直线的一个平面上的一个圆。从此种结构的偏移将被针对轴B作平行性校正。
如前面描述的那样，检测该校正以便校正针对B的角位置精确度以及该计量工具垂直的0预置。
象在前面实例中那样，知道针对轴A和针对轴B传感器线性、旋转轴和线性轴之间的平行性以及零预置、头已被驱动至图16中描述的状态。
步骤3：
在图17中，应用了下列处理：
移动：
A0＝＞180
B0
关系式：
DTx+DX＝X
步骤4：
相反，在图18中，应用了下列处理：
移动：
A0
B0＝＞180
关系式：
P-DTx＝X
步骤5：
在图19中，应用了下列处理：
移动：
A0＝＞180
B180
关系式：
2P+2DX＝X
步骤6：
在图20中，应用了下列处理：
移动：
A0＝＞180
B0
关系式：
2DY+2DTy＝X
步骤7：
在图21中，应用了下列处理：
移动：
A0
B0＝＞180
关系式：
2DTy＝Y
P＝Z
在步骤3至7中找到的等式都是独立的并且它们的分辨率能够被数学地表示。
如果附图中所示角度a不是45°并且不准确地得知，则可通过使用下面描述的解析方法来测量这一角度。
例2：
图22到24示出一个同类头1的高级几何模型。此模型的参数(即将被测量的误差)是：αx，βx，DBx，DTx，P，αt，αy，βy，DBy，DTy，βt.
中这些模型中，指出针对该旋转轴相对于线性轴(αx，βx，αy，βy)的不平行性。利用与在步骤1和2中提到的相同程序测量这些参数，进一步实现获得该传感器线性和0预置值。
已经测量了这种参数并且通过启动补偿软件或在测量软件中考虑这种值，则能够理想地假设已经校正了这种误差并且已经把该受影响的头变换成一种简单的模型(见图14A)。
或根据哪个是该参考模型而考虑图14B中的实例。
作为一个实例参考在第二图中的情况。
参考实例1中的模型，进一步有参数αt和βt并且因此执行步骤3至6以及另外两个描述独立位置和公式的步骤，再一次找到能够被算术求解的一系列公式。必须提示，对于此模型来说，DTx+DX是单一变量(从现在起DX是单一变量)。
因此，这些步骤是：
步骤3：位置A＝0 B＝0以及A＝180 B＝0
关系式：2*(DX+P*sin(αt))＝X
步骤4：位置A＝0 B＝0以及A＝180 B＝0
关系式：2*(DY+DTy+P*sin(βt))＝Y
步骤5：位置A＝0 B＝-90以及A＝180 B＝90
关系式：2*(DTy+P*sin(βt))＝Z
步骤6：位置A＝0 B＝-90以及A＝180 B＝-90
关系式：2*(DY+P*cos(βt))＝Y
步骤7：位置A＝0 B＝-90以及A＝0 B＝90
关系式：2*(P*sin(βt))＝Y
步骤8：位置A＝0 B＝0以及A＝0 B＝-90
关系式：P*sin(βt)-DTy-P*cos(βt)＝Y
P*sin(βt)+DTy+P*cos(βt)＝Z
总结在实例1和2中公开的方法，仍然有可能针对一同类头1定位下列宏步骤：
1.针对一个头(20)，当实现下列移动时存在由工具梢端描述的周边所在的一些平面：
-轴B在90°；轴A执行一个旋转(圆1)
-轴A在0°；轴B执行一个旋转(圆2)，这些平面是垂直的并且平行于机床的笛卡尔轴；这一过程包括步骤：
-执行该圆1；
-利用均方的方法等经过一系列描述该圆1的点重建圆1；
-定位该通过该圆1的平面相对于与轴A的理想旋转轴垂直的平面的非平行性；
-定位由轴A测量***变换的位置和相关的工具梢端位置点之间的关系，随后计算轴A的角位置精确度；
-执行该圆2；
-利用均方的方法等经过一系列描述该圆2的点重建圆2；
-定位该通过该圆2的平面相对于与轴B的理想旋转轴垂直的平面的非平行性；
-通过前述的在垂直于轴A的理想转动轴的平面中的角度的分量定位该轴A的位置0；
-通过在让该工具垂直的圆2上的测量点定位该轴B的位置0；和
-定位由轴B测量***变换的位置和相关的工具梢端位置点之间的关系，随后计算轴B的角位置精确度；
2.根据必需被描述的头1的几何模型、并且因此根据仍然未知的参数的数量，执行头1的定位程序，用于获得把上述参数连系到该测量误差的代数方程；这种公式必须是线性独立而且必须等于将被确定的参数的数量。
例3
可以进一步增加几何模型的复杂性(因此增加模型参数的数量)，直到通过描述独立位置的代数方程的求解的搜索难于实现。在此情况中，可以简单地采用更复杂的数学和更复杂的求解。
更复杂的模型例如是Rodriguez-Hamilton模型，描述了用于耦合两个主体的6个自由度。在此情况中，误差模型将有用于轴A移动的6个误差度、用于B轴移动的6个误差度和用于在该主轴中的计量工具旋转的6个误差度。
为了求解这种类型的问题，可以根据一系列实验测量(在不同头位置中的误差测量)而采用求解数学问题或模型的已知技术。这些技术是基于最小化或基于使用神经算法的技术(如本专业公知的那样，这些技术可见例如：Kim K、Kim M.K的文章：″Volumetric Accuracy based onGeneralised Geometric Error Model in Multi-Axis Machine Tool″发表在Mec.Mach.Theory，卷26(1991)No.2，207-219页；Duffie N.A.、YangS.M.的文章：″Generation of Parametric Kinematic Error-CompensationFunctions for Volumetric Error Measurements″发表在Annals of theCIRP，卷34/1/1985，435-438页；D.R.Hush等人的文章：″An Overview ofNeural Networks″发表在Informàtica y Automàtica，卷25，1992；T.Moriwaki，C.Zhao的文章：″NN Approach to Identify ThermalDeformation of Machining Center″发表在Human Aspects in ComputedIntegration；以及J.C.O Brien、J.R.Leech的文章″Can Neural Nets Workin Condition Monitoring″发表在Comadem 92，1992，88-93页)。
由这种技术提供的结果是一个计算引擎，该计算引擎给定期望的模型，获得直到通过放弃冗余测量而求解该模型的测量或产生严重问题的调整(conditionings)和不稳定求解的测量。
这一处理过程实现把该专利适用性扩展到头1和/或带有工作台的头的各种结构。该模型能够因此到达如此的复杂性，从而还考虑从该线性轴(移动该头1的那些轴)的移动误差获得的该计量工具16的球状物20的可能的位置误差。
如果处于该CNC中的误差补偿软件具有不同于测量软件的复杂程度，则同一个测量软件将执行参数的转换，把在其模型中的参数转换成补偿软件模块的参数。这种转换的要求是总要获得该头1中的最小程度的残留误差。
例4：
至于用于无法被模型化的误差的测量过程，不包括在该正被使用的几何模型中的全部的误差仍然是关于该头1轴的编程移动的定位误差的一个原因。
因此有可能针对这种误差来建立与该头1轴的位置的唯一的实验联系。因此该关系将是单值的。给定这两个半主体A和B的一个位置，在定位该工具梢端中则有三个误差值DX、DY和DZ。该只有的代数关系与工具长度联系，这种关系能够仅通过利用两个工具长度值而针对一个给定的A和B标识三个值DX、DY和DZ来建立(因此利用具有一个已知和不同长度的两个计量工具16而针对每一头1位置有两个测量)。对于一同类的工具长度来说，该误差是三个测量值DX、DY和DZ对儿的一种线性内插。
因此该测量处理将针对全部的受影响的位置A和B来测量该计量工具16的球状物20的误差DX、DY和DZ。首先利用一个计量工具16执行测量，随后利用随后的计量工具16测量。与将被实验发现的一个步骤、或与用于误差频率的分析算法相分离，该受影响的位置可能是从两个轴的负端到正端的位置的全部组合。
在本发明的同一个申请人的专利文献WO-A-00/003312中更广泛地描述和解答了无法被模型化的误差测量的问题。事实上，不能被模型化的误差的测量本身不是该补偿法的创新(已经在上述文件中有描述)，而相反是在此情况中该检测器14和支撑基座11的应用被相关，以便也自动地执行这类测量。
有必要强调，能够通过使用一种数字触针(组合在一种主轴突缘上)和一种基准球状物(放置于机器的工作区域中)来执行一个类似测量处理。
针对这种静态误差补偿软件而输入工作台的参数的构成如下：
 位置A 位置B 计量总长度 DX DY DZ
 [行程的负端] [行程的负端] 长度1 # # #
 …… [行程的负端] 长度1 # # #
 [行程的正端] [行程的负端] 长度1 # # #
 [行程的负端] …… 长度1 # # #
…… …… 长度1 # # #
[行程的正端] …… 长度1 # # #
[行程的负端] [行程的正端] 长度1 # # #
…… [行程的正端] 长度1 # # #
[行程的正端] [行程的正端] 长度1 # # #
[行程的负端] [行程的负端] 长度2 # # #
…… [行程的负端] 长度2 # # #
[行程的正端] [行程的负端] 长度2 # # #
[行程的负端] …… 长度2 # # #
…… …… 长度2 # # #
[行程的正端] …… 长度2 # # #
[行程的负端] [行程的正端] 长度2 # # #
…… [行程的正端] 长度2 # # #
[行程的正端] [行程的正端] 长度2 # # #
头1的误差补偿软件驻存在CNC中。该软件还被分成利用一种几何模型执行该头移动补偿的部分和执行静态的、即″非几何″(不能够被模型化)的差错补偿的软件部分。
该补偿算法不是任何程度的创新特征性，因为该算法已被公知并且将不再进一步描述。
就该动态头测试而言，本发明的上述***能被用于检查头1的控制轴的动态现象和/或与线性轴结合的这些轴的运动。
通过控制***34控制对单一机械轴的移动，能够利用其它控制装置(例如由Heidenhain制造的KGM***)类似地观测在该工具梢端的实际响应。
此外，通过控制在线性轴和旋转轴之间的组合运动而获得即使在加速瞬态期间该工具梢端(现在是球状物20)也保持其在空间中的位置结果，能够记录关于该工具梢端的实际响应曲线。
与编程的响应曲线相比较of该轴的响应曲线分析将实现对″抽动″和″波动″的典型问题的分析。
为了能够执行此类测试的唯一要求是一个足够供本发明的***信号取样的通频带。该相关的通频带可被估计为大约1kHz。
因此，本发明公开的***能够通过由传感器14获得的单一测量和涉及该检测器14本身距该球状物20的距离来检测在一个感兴趣的位置的一个工具的中心的XYZ坐标，而不是象已有技术中那样执行不准确的测量，或不是定位在该XYZ空间中的位置测量，或不重建在感兴趣的实际位置中的该工具位置的测量。
例5：
下面描述的技术方案是从把实例1、3和4中公开的概念结合在一起而产生的一个实际方案。
在本实例中使用了下列组成部分：
·HMS：由3个距离检测器组成的测量***，该距离检测器提供一个增量数字信号，从该增量数字信号直接导出它们的位置。这种***必须放置在具有将被测量的头的机床工作台上。
·测试圆柱：2具有已知长度和直径的球状物结尾的测试圆柱。这种圆柱通过一个适当的适配器组合在头的主轴上。
·测量SW：执行测量程序并计算该校正的软件。
与一个实例，下面对一个叉形头作说明，其中当C是0时，第一转动轴是C并且围绕Z转动，而第二旋转轴是A并且围绕X转动。
轴行程将是：
·轴C从-180°到180°，
·轴A从-90°到90°。
检测器沿着一种四面体的边缘放置。随后参见平面图，这些检测器彼此形式120°的角度，同时相对于地平线形式一个55°的角度。
该四面体方案的理由是，至少在球状物正向伸出该装置的全倾斜中，避免在检测器和该测试圆柱之间的冲突。
该55°的理由是还避免与连接了测试圆柱的该主轴的冲突。一种大倾斜将进一步消除冲突问题，从而对该***提供一个宽的测量范围，但是一个低倾斜趋向更好地平衡在相互垂直的方向XYZ中的该测量清晰度。因此估计55°是作为最佳的折衷方案。
***测量位置是这样一个位置，即该测试圆柱球状物同时地接触这三个传感器，达到这三个传感器的每一个，三个检测器的轴同时地穿过该球中心。因此在此位置中的每一传感器梢端中一个切点与该球接触，并且该垂直于该检测器轴的平面与该球相切。为了简化，假设该***的放置使得由该三个检测器规定该四面体落基在该平面XY上，并且当A和C是0时该测试圆柱定向在相对于Z的反方向。
该***的校准在于确定：
·先前描述的测量位置，和
·三个检测器的方向余弦。
用于每个头位置的测量可提供：
·由该轴的测量***提供的旋转轴(C，A)的绝对值位置，
·由轴测量***提供的线性轴(X，Y，Z)的绝对值位置，
·三个检测器(S1，S2，S3)的绝对值位置。
为了确定该测量位置(下称″位置0″或″检测器位置0″)，该软件要求：
·该球状物预先与该传感器接触，
·给出该三个检测器的位置值，限定三个检测器的位置(这是一个结构数据，涉及***几何结构，称之为球状物直径)。
在此之后：
1.)沿着一个反方向执行Z移动，直到三个检测器的至少之一达到该中心值；
2.)从该达到的位置执行X移动，并且根据移动的开始和到达的记录值针对每一传感器来确定关于沿着机器方向X移动的增益。即，确定在每一检测器的变化和在该移动未端的X变化之间的比例；
3.)在已经返回到起点(在移动1结束确定的点)之后，执行类似于步骤2的操作来针对每一检测器确定关于沿着方向Y移动的增益，然后执行沿着方向Y的移动；
4.)执行一系列的XY移动，用于搜索更好地接近位置0的值S1、S2、S3。由于位置Z可能是不正确的一个位置，所以该搜索的值是缺少换算因数的限定这一位置的那些值。随后，根据前面计算的增益逐步地确定移动XY，其每一检测器都将要求设定值0。必须考虑的是，如果确定的值远离一个确定的公差，则该搜索是成功的。如果该搜索不收敛，停止该搜索并且从步骤1重新开始。这种情况出现在该步骤1以不等方式加载检测器的开始位置的时候，使得相对于在点0中的增益非常不同的增益确定步骤2和3。在步骤4中的第一迭代不管怎样都已经使得充分接近这种条件。然后，步骤1、2和3的新的执行提供更强劲的值，将采取步骤4收敛；
5.)如果步骤4已经达到收敛，则由于步骤4已经确定除用于S1、S2和S3的比例因子以外的位置0，所以再次执行一个移动Z。
为了确定用于三个检测器的方向余弦，从先前确定的位置0开始执行一系列移动XYZ，用于针对每个检测器确定在检测器测量和线性轴之一的移动之间的关系(增益)。这是利用搜索算法确定的，该搜索算法基于这样的事实，即对于位置0来说，其中检测器轴经过球中心并且平面垂直与该球状物相切，下列的内容是有效的：
·以平面XY中描述具有角度横坐标的一个由XY移动形成的曲线，该XY移动是从位置0开始并且按照用于这种移动的一个检测器的伸长值的纵座标，这种曲线具有与移动XY重合的单一最大值，其角度与该检测器轴的XY中的投影重合；
·已经通过先前步骤确定每一检测器在XY中的方向，类似的原理对于由直线XYZ移动描述的曲线有效，沿着该直线执行的移动在垂直于XY的平面中而且根据在前面步骤中确定的角度XY定向。这曲线具有由相对于平面XY的移动XYZ形成的作为横坐标的角度，而且具有作为纵座标的一个检测器的延长值。该曲线最大值指出在此情况中的移动XYZ，其中移动XYZ的执行距离与检测器已经检验的延长重合。在检测器延长和针对该最后位置的移动X、Y和Z之间的比例是搜索增益。
该措施的原理是基于事实：能够把该球状物驱动到位置0。
对于每个检测器来说已知下列内容：
·方向余弦Kx#，Ky#，Kz#，其中#表示当前检测器(1、2、3)，
·在位置0的检测器值(S0#)。
针对由XYZ和S1、S2和S3描述的一个同类的球状物位置，确定下列内容：
由传感器#＝MX#＝(S0#-S#)×Kx#要求的移动X
由传感器#＝MY#＝(S0#-S#)×Ky#要求的移动Y
由传感器#＝MZ#＝(S0#-S#)×Kz#要求的移动Z
随后该所需移动将是：
轴移动X＝MX1+MX2+MX3
轴移动Y＝MY1+MY2+MY3
轴移动Z＝MZ1+MZ2+MZ3
这些移动随后由数控***执行，该数控***执行适当的加速和减速逻辑而连续读出该值S0#-S#，并且***将被执行的移动。该算法随后操作为好像这三个检测器是三个连接到该球状物的趋向把该球状物复回到除确定公差以外的限定的一个平衡位置的弹簧，原则上与位置0重合，但是不一定强制如此。事实上，为了最佳校准针对该平衡位置的搜索算法，该值S0#被设置等于该检测器假定在其平衡位置有可能第一次达到的值。
实际上，针对其S#＝S0#和方向余弦Kxyz#确定点0的校准程序没有确切地确定该HMS方案的目的，而是对先前描述的算法提供总是使得确定该球状物的平衡位置的数据的目的。在实践中，这一平衡位置能够表示在笛卡尔空间中的一个总是完全相同的球状物的位置，根据一个可能的球状物旋转修正该检测器接触，而且近似和计算该算法的容差，即是一个用于相继和连续近似、趋向将容差最小化的一个***。
此程序的主要优点是：
·对于平衡位置的搜索受S0#而且Kxyz#已被确定的精确度的影响最小，而且因此该校准算法尤其简单和快速，
·如果三个检测器的S0#不同以及如果该检测器不是严格沿着该理想四面体的边定向，则不添加计算复杂性。这将使得在不具体限制部件和组合的尺寸公差的条件下实现该HMS，而且使得不具体关心其方向的条件下在一个机床上放置HMS，
·如果在该测量过程中的热效应使HMS形态畸变，对于Kxyz#值的影响不反映在对于平衡点的搜索稳定性上，因此不影响必须执行的测量。因此执行再次校准是无益的，而且***是特别稳定的。
·对于均衡位置的搜索迅速，并因此一个单独点的测量特别有效率。
利用任何其目的是标识针对一个给定三个一组的检测器值、相应位置值XYZ的有向连接的关系的任何其它***都难于获得这些优点。
随后，现在有可能认为有把握要求***把该球状物复回到这样的一个位置，即如果涉及一个惯性笛卡尔***的话，总是复回到除下列情况以外的同一个位置：
·球状物球状误差(该球状物能够具有低于2微米的球状容差)，
·针对机器轴XYZ的位置精度，
·计算精度(可实际忽视)，
其中该最大的并且实际是唯一的影响是由机器定位精度给出的。
当执行这种操作时，有可能该***″以该球定中心″。
容易通过执行一系列定位XYZ并且从这种定位开始验证该达到的平衡点总是除一个确定容差以外同一个点XYZ来检测一个正确的校准。
至于一个点的测量，必须记住该测量软件可针对每一个头位置提供：
·由该轴的测量***提供的旋转轴(C，A)的绝对值位置，
·由轴测量***提供的线性轴(X，Y，Z)的绝对值位置，
·三个检测器(S1，S2，S3)的绝对值位置。
在实践中，该***可以使用不同的XYZ值，其中：
·由该轴测量***直接提供的机器轴的绝对值位置(XA、YA、ZA、AA、CA)(在由意大利的Fidia S.p.A.制造的MXA1 CNC中)，
·在已经把一个校正加到由该轴测量***提供位置之后由该控制***提供的机器轴的绝对值位置(X，Y，Z，A，C)；由该控制执行的这种变换用于校正由该测量***提供的值，以便把XYZ***接近一个惯性笛卡尔参考***(在Fidia MXA1 CNC中)，
·相关的球中心位置(XL，YL，ZL)；根据XYZAC值、几何球状物成形数据和测试圆柱尺寸，该数控提供了该假设的球中心位置(在Fidia MXA1 CNC中，带有RTCP ON的POSITION)。
随后根据下列程序执行误差测量：
·针对一个给定头位置1(A1，C1)，该球状物被中心化，并且记录绝对值和相关XYZ值(X1，Y1，Z1，XL1，YL1，ZL1)，
·头被移到位置2(A2，C2)，该球状物被中心化，并且记录绝对值和相关的XYZ值(X2，Y2，Z2，XL2，YL2，ZL2)，
·计算这两个位置的变化：
Dx＝X1-X2
Dy＝Y1-Y2
Dz＝Z1-Z2
DLx＝XL1-XL2
DLy＝YL1-YL2
DLz＝ZL1-ZL2
随后，针对从位置1到位置2的移动，Dxyz表示该笛卡尔参考***中的为了避免产生球状物定位误差而该头所必须执行的移动，而DLxyz表示由这种移动产生的误差。DLxyz则是由该检测器提供的误差测量，似乎这些检测器是根据一个笛卡尔三值组定向的。
通过注意该球状物不放弃与检测器接触的控制来执行从位置1到2的移动(RTCP功能)，否则将不有可能再次以该球状物为中心。
就测量程序而言，已经指出给定两个编程的头位置，该***确定球状物中心定位误差，并且如果这种误差是零，则该***确定参考***位置XYZ。
通常，该测量功能执行两个类型的测量：
1.)简单测量，从两个或多个测量位置确定Dxyzac和DLxyzac，
2.)复杂测量，其中一个转动轴不移动而另外一个轴通过执行预定步骤来执行从开始位置到结束位置的一系列定位。通过执行这种测量，该球状物如所说的那样理想地保持不移动，并且该线性轴执行一个在空间中的圆。此类测量被称之为″一个圆的测量″。一个圆的测量将具有下列表示法：
[移动的轴：C/A]；[以度表示的开始位置-START]；[以度表示的结束位置-END]；[以度表示的间距-STEP]
Figure A0382408900272
[固定轴：A/C]；[以读表示的固定轴位置]
从这些测量中列出每个测量点的将被记录的Dxyzac和DLxyzac的值。公知的计算算法随后能够从一个圆的测量确定几何实体，例如：
·由Dxyzac描述的圆的中心和半径
·贯穿通过Dxyzac的平面
·针对一个给定二次误差容差的穿过Dxyzac的立方曲线
从圆的多个测量中以及从相关获得的几何实体中，有可能确定这些值和其它几何实体，例如：
·平面之间的距离，
·平面和具有立方曲线的平面的交叉，
·穿过多个圆的圆锥和/或圆柱，
·相切于多个圆的直线，
·经过多个圆的中心的直线等。
通过***校正来校正该角度的头定位误差，该***校正实现该控制在给定AA和CA的条件下确定A和C。
这种校正的计算是根据这样的原理，即在已经执行了针对A或C的一个圆之后，通过把计算的圆心与单独的测量点结合而确定的角度表示除一个常数之外的将被***从AA和/或CA到A和/或C的路径的其余校正。
上述提到的常数取决于头旋转轴之间的距离(头不对准)的影响和这样的事实，即转动轴零位置仍然尚未被正确地限定。如果这些测量被跟随有不移动的轴的两个镜像位置，则这一常数被删除。通过对由该两个圆测量获得值取平均值，则由于其符号相反所以该常数相互抵消。
进一步允许考虑两个方案并且也允许对由在这两个方案中能够假设的头的差分加权分配所***的角误差取平均值。
就针对关于轴C的角位置误差的测量过程而言，这种测量允许执行针对轴A的镜像位置的两个圆系列。
轴A以最大的行程倾斜以便获得最高可能的计算分辨率，即该圆具有最大半径。如果该头具有这种两个圆具有不同半径的不对准，则必须还选择A的两个位置，使得该圆半径相等，以便保持该计算分辨率常数。
每一圆必须被执行多次，以便实现既沿着正方向又沿着反方向的关于测量的平均，同时以便确定该被检查转动轴的反向误差。
针对轴C的编程位置和针对结合该圆中心和单个测量点XYZ的直线计算的角度之间的差值是将被添加到从CA到C的路径的剩余校正.
在这两个圆之间计算的数据被平均，以便：
·消除常数的影响，
·考虑可能由A以90°和-90°的不同分布的加权所***的角误差。
总要变换该最后结果以便最小化该***的校正值。这种变换将被随即考虑并且在针对轴C的零点测量过程中被校正。
没有为了执行此测量所必须知道的其它参数。
就关于轴A的该角位置误差的测量过程而言，这种测量包括执行两个圆序列，以便既考虑在XZ平面又考虑在YZ平面中的误差。
Figure A0382408900291
每一圆能够被执行多次，以便既沿着正方向又沿着反方向对测量取平均值，同时为了确定这被检查的旋转轴的反向误差。
针对轴A的编程位置和针对结合该圆中心和单个测量点XYZ的直线计算的角度之间的差值是将被添加到从AA到A的路径的剩余校正。
在这两个圆之间计算的数据被平均，以便：
·消除常数的影响，
·考虑可能由C以90°和0°的不同分布的加权所***的角误差。
总要变换该最后结果以便最小化该***的校正值。这种变换将被随即考虑并且在针对轴A的零点测量过程中被校正。
没有为了执行此测量所必须知道的其它参数。
对于全部测量数据完成下列计算：
·计算圆的同中心，
·平均、标准偏移和数据差的范围，
·对于同一个位置的重复性，
以便确定收集的数据效率。
针对一个头AC的旋转轴零点是针对下列情况的那些点：
·以C＝0，轴A在平面YZ上移动
·以A＝0，该测试圆柱垂直于平面XY
这种值共同称为一个转动轴的″零预置″。
C的零预置测量包括执行四个系列的圆，以便沿着轴A的多个旋转方向既考虑XZ平面又考虑YZ平面。
从圆1和圆3确定一个平面，因此确定与平面YZ形式的角度。
从圆2和圆4确定一个平面，因此确定与平面XZ形式的角度。
随后具有平均搜索针对C预置的最佳取舍，以便对准上述平面然后找到最佳头正交。
没有为了执行此测量所必须知道的其它参数。
针对A的零预置测量包括执行四个C圆的序列，全部利用在0°的轴A。利用不同的测试圆柱装置执行每一圆.
圆1和圆2之间的平均以及圆3和圆4的平均实现了消除由测试圆柱的非直线性***的可能误差。
两个找到的圆描述一个圆锥，还知道两个中心的位置Z，即L1和L2之间的差值。
该圆锥角将是针对轴A预置被校正的值。
L1-L2越大，计算清晰度将越大。
没有为了执行此测量所必须知道的其它参数。
就该头的几何结构测量而言，对于一个头AC来说该几何值如下：
   未对准名称                 描述
                具有C＝0和A＝0，在C旋转轴和测试圆柱轴之间的
1)   DXBT
                沿着X方向的距离
                具有C＝0和A＝0，在C旋转轴和A旋转轴之间的沿着
2)   DZBA
                Y方向的距离
                具有C＝0和A＝0，在A旋转轴和测试圆柱轴之间的
3)   DZAT
                沿着Y方向的距离
                具有C＝0和A＝0，在A旋转轴和测试圆柱连接点
4)   RTCPLKS
                (确定该圆柱长度的起算点)之间的沿着Y方向的距离
                具有C＝0和A＝0，在C旋转轴和A旋转轴之间的平
5)   RTCPANG
                面XZ中的角度
6)              具有C＝0和A＝0，在C旋转轴和A旋转轴之间的平
                面YZ中的角度
7)              在C旋转轴和Z轴之间的平面XZ中的角度
8)              在C旋转轴和Z轴之间的平面YZ中的角度
6、7和8不能利用Fidia控制校正。
DXBT测量包括执行四个序列的圆，以便沿着轴A的多个旋转方向既考虑XZ平面又考虑YZ平面。
Figure A0382408900311
圆1和圆3的平面之间的距离、以及圆2和圆4的平面之间的距离是DXBT的两倍。
能够进一步通过搜索以最大值降低在下列之间的差值的值确定DXBT：
·圆1的XL和圆2的XL，
·圆3的YL和圆4的YL。
找到的值将是将是给到DXBT的剩余校正。
通常，当可能像在此情况中时，根据产生关于球状物定位误差的效果(即各种XYZL)而不是从几何头数据(即从XYZ)开始来确定参数的值更有效。
为了执行此测量，在已经预先测量之后必须已知轴C的预置。
该DZBA测量利用在0的A执行C的一个圆。
C；-180；180；[STEP]
Figure A0382408900322
A：0
该圆半径将是：
半径＝RADQ(DXBT^2+(DZBA+DZAT)^2).
随后得知DXBT，确定DZBA和DZAT的取和。
作为第一近似，DZAT将被当做零并且仅校正DZBA。
随后，对于计算DZAT的测量将校正该执行的近似。
为了执行此测量，在已经预先测量之后必须得知下列内容：
·DXBT，
·轴A预置。
DZAT测量包括执行四个序列的圆，以便沿着轴A的多个旋转方向既考虑XZ平面又考虑YZ平面。
此时，DZAT是零，因此该控制不执行任何圆1并且3的误差YL的任何补偿，而圆2和4的误差XL将是它的成像。
因为通过DZAT应得的补偿将对于A＝0是最大值而对于A＝90和A＝-90是零，所以这种误差描述了一个圆。
更好地近似这圆的半径是针对DZAT的最佳折衷。随后必须遵循由其计算***的近似从DZBA中减去同一个值。
为了执行此测量，在已经预先测量之后必须得知下列内容：
·DXBT，
·DZBA，
·轴A预置。
该RTCPLKS被确定为下列圆的半径的平均：
Figure A0382408900331
为了执行此测量，在已经预先测量之后必须得知各个方面。
就该RTCPANG测量而言，在该圆平面矢量的XZ中的投影：
A；-90；90；[STEP]
C：0
是RTCPANG值。
涉及到该测试圆柱，必须知道其长度(从该RTCPLKS测量结束点直到该圆柱本身顶端的测量)球状物直径。
一旦在该主轴中装配了圆柱，由于其形状或装配，该球状物中心可能有从该主轴的偏移。
这种偏移在测量DXBT和DZAT参数中产生一个直接误差。
一旦得知这些偏移，就有可能执行上述测量并且最后简单地从DXBT和DZAT减去这些值。
为了测量这些值，可以简单地执行下列程序：
·在该主轴中组合该测试圆柱
·执行该球状物定中心并且记录XL、YL和ZL，
·在该主轴中旋转该圆柱180°，
·再次执行该球状物定中心并且记录XL、YL和ZL，
·这两个测量的值之间的差值的一半是该搜索值。
由于测试圆柱的制造和将其装配在这主轴上的适配器趋向于以关于主轴的该球中心的最大偏移而最小化，所以沿着方向X和Y的测量将是小值，而沿着方向Z的测量将是其结果并且至少低两个数量级。沿着方向Z的误差则是可忽视的。
由于前一测量受到执行180°旋转所利用的精确度的影响，所以确定同一个值的另一方法是：
·在该主轴中组合该测试圆柱，
·执行一个球状物定中心并且记录XL、YL和ZL，
·通过转动圆柱90°节距并且记录XL、YL和ZL来重复同一个操作，
·通过执行该旋转并且测量操作四次，其中假设已经旋转这圆柱的角位置将是：
·开始位置0，
·位置90，
·位置180，
·位置270，
·返回到开始位置。
在此情况中假设已能获得近于±5°的角位置。在此情况中确定的问题是：
·通过测量点XL和YL的列表的圆。因为点是五个，所以可以以最小平方法获得圆和其半径，
·确定该圆柱放置的最终角度。在XL和YL的同一个坐标系中得知圆中心和半径，这种值能够代数地确定并且能够在测试圆柱未对准值中正确地分解该圆半径。
清楚的是，一旦圆柱已经定位其未对准值，除非再次执行该校准，就一定不能再移动该圆柱。
就关于测量相关性而言，X指出的是影响该测量并且因此必须被预先测量的值。
√指出的是影响测量但由测量程序本身保持考虑然后在计算过程中删除的值。
相关性是指预先示出的测量程序。
测量项：  DXBT    DZAT  DZBA  RTCPLKS  PRESET A  PRESET C   T.c.c.*
角位置C   √     √     √
角位置A     √   √     √
PRESET C
PRESET A     √     √
DXBT     X     X(*)
DZBA   X     √     X
DZAT   X   X     X     X(*)
RTCPLKS   X     X   X     X     X
RTCPANG     X
T.c.c.：测试圆柱同轴性
(*)：对于其它测量的可能性，该X-型的影响假设该影响值的了解，以便正确地确定该测量的参数。别样的，对于这些情况，应该注意的是该相关性是必须解决一个后置措施(posteriori)。例如，虽然对于DXBT来说必须已知、测量和校正该PRESET C，以便正确地perform该DXBT计算算法，但是相反在DZAT情况中，由于该测量结果实际上是等于DZAT+圆柱非同轴性的一个值，所以该非同轴性圆柱值对于计算算法没有影响。因此这校正DZAT值将是：测量和计算产生的圆柱非同轴性。相同的处理适用于总是涉及到测试圆柱非同轴性的DXBT。
本***还能够执行针对轴XYZ和AC的一个近似误差的检测，由于它们不能被包括在头的校正处理中，所以不能校正。
就针对轴C的旋转平面性检测和针对线性轴XY的直线性检测而言，执行下列的圆：
考虑到位置A-90C180对应于位置A90C0、以及位置A-90C-90对应于位置A90C90等，数据被排序并且计算下面的内容：
·从在X、Y和Z的值当中差值的一半偶数点通过的圆。这种圆的矢量表示轴C的旋转平面性差错。
·针对在X、Y和Z的值的取和的一半的偶数点的曲线。这种曲线表示沿着方向Z的轴X和Y的直线性误差。
就针对轴XYZ的正交性检测而言，执行下列的圆：
这种圆中心的X和Y中的差值表示相对于X和Y的轴Z的正交性误差。
就针对轴XYZ的轴比例检测而言，执行下列的圆：
C；-180；180；[STEP]
A；90
针对这种数据序列，确定下列的内容：
·与这些圆最佳近似的圆的半径，
·与这些圆最佳近似的椭圆的轴。
在圆半径和椭圆轴之间的差值是在由XY测量***提供的数据中的一个比例误差。
就针对轴C的旋转检测而言，执行下列的圆：
Figure A0382408900364
C；-180；180；[STEP]
Figure A0382408900365
A；90
Z值的曲线从一个简单正弦曲线周期的偏移(C非平面性的效应)是转动轴对于轴C的摆动。
就针对轴A的旋转检测和针对线性轴XYZ的直线性检测而言，执行下列的圆：
Figure A0382408900366
考虑到位置A-90C180对应于位置A90C0、以及位置A90C180对应于位置A-90C0等，数据被排序并且计算下面的内容：
·从X、Y和Z的值的差值的一半计算针对轴A的转动误差，
·以X、Y和Z的值的取和的一半计算沿着方向X的轴Y的直线性误差。相反通过执行圆：
获得针对轴A的相同的值并且进一步获得沿着方向Y的轴X的直线性误差。
通过最终组成这四个圆的数据，有可能进一步从针对轴A的旋转误差提取轴Z的直线性影响。
剩余误差的测量将收集针对描述预定间距的整个行程的A和C全部位置的XL、YL和ZL中的数据。在实践中，该XYZ值将描述一个球部分。
这是利用具有不同长度的两个测试圆柱并且通过把它们旋转180°而执行其平均以便消除其缺乏同轴性而执行的。随后执行测量的设置是四个。
使用收集的资料填充下列表格：
位置A 位置B 杆长度     DX     DY     DZ
[行程的负端] [行程的负端] 长度1     #     #     #
…… [行程的负端] 长度1     #     #     #
[行程的正端] [行程的负端] 长度1     #     #     #
[行程的负端] …… 长度1     #     #     #
…… …… 长度1     #     #     #
[行程的正端] …… 长度1     #     #     #
[行程的负端] [行程的正端] 长度1     #     #     #
…… [行程的正端] 长度1     #     #     #
[行程的正端] [行程的正端] 长度1     #     #     #
[行程的负端] [行程的负端] 长度2     #     #     #
…… [行程的负端] 长度2     #     #     #
[行程的正端] [行程的负端] 长度2     #     #     #
[行程的负端] …… 长度2     #     #     #
…… …… 长度2     #     #     #
[行程的正端] …… 长度2     #     #     #
[行程的负端] [行程的正端] 长度2     #     #     #
…… [行程的正端] 长度2     #     #     #
[行程的正端] [行程的正端] 长度2     #     #     #
数控搜索和内插在这一表格中的值将实现计算针对给定位置A和C以及给定工具长度的沿着方向XYZ的校正。

Claims (25)

1.一种用于测量、补偿和测试数控机床头(1)和/或工作台的***，其特征在于它包括：
至少一个配备多个距离检测器(14)的一个支撑基座(11)；
至少一个包括一个延长的圆柱(17)的计量工具类型的装置(16)，所说的圆柱(17)的一个未端配备针对所说的头(1)的连接装置(18)而另一相反的未端配备一个球状物(20)，所说的球状物(20)紧靠所说的检测器(14)放置，以使检测器(14)总是能够在任何位置测量它们距所说的球状物(20)的分隔距离。
2.根据权利要求1的***，其特征在于：所说的支撑基座(11)是圆形状并且配备放置在该基座上的以相互偏移120°定位的三个距离检测器(14)。
3.根据权利要求1的***，其特征在于：所说的连接装置(18)是锥形的，而且所说的头(1)被用于在它们的移动部分(3，5)之一中容纳该连接装置(18)以便在测量期间不可移动地与之连接。
4.根据权利要求1的***，其特征在于：其与处理装置(30)操作地耦合，所说的处理装置(30)被通过由所说的检测器(14)获得的关于所说的检测器(14)距所说的球状物(20)的分隔距离所适配，以便检测在一个感兴趣定位的工具中心的XYZ坐标。
5.根据权利要求4的***，其特征在于：所说的处理装置(30)包括：装置(31)，用于执行针对能够被模型化的误差的测量处理；装置(32)，用于执行针对不能被模型化的误差的测量处理；以及装置(33)，对于执行动态检验。
6.根据权利要求1的***，其特征在于：所说的头(1)与CNC测试和控制装置(34)操作地耦合且与之集成一体，而且包括：装置(35)，用于执行针对能够被模型化的误差的补偿处理；以及装置(36)，用于执行针对不能是模型化的误差的补偿处理。
7.根据权利要求1的***，其特征在于：所说的支撑基座(11)连接到用于使得所说的支撑基座(11)关于其自己的轴(F)转动直90°的支承装置(40)，以便到达在两个相互垂直的极端轴(F，G)之间的多个工作位置；所说的支承装置(40)被进一步用于一经达到该极端轴(G)的位置则使得所说的支撑基座(11)围绕与之垂直的轴(F)旋转。
8.用于测量使用根据权利要求1的一个***的数控机床头(1)和/或工作台的方法，所说的方法包括步骤：
-执行多个用于确定头(1)的一个几何模型的参数的自动测量，所说的几何模型是描述相对于该理论上行为的该实际头(1)行为的数学模型，通过该测量获得所说的模型的参数并且被称之为能够被模型化的误差，所说的几何模型是能够由一个用户自由限定的一个复杂性，该复杂性由所说的***与数控装置(CNC)集成、根据权利要求1的***提供的一个测量精度、在移动部分和根据权利要求1的***当中的抵触不存在以及误差测量的快速采集所引起；
-计算能够被模型化的该检测误差；以及
-补偿能被通过所说的数控(CNC)装置模型化的该计算误差，通过一个集成***用于工作目的；
-检测和测量不是由被使用的模型描述的误差，所说的误差被称之为不能够被模型化的并且产生一个该头(1)的仍然不正确的位置的误差。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于：通过具有提供该计量工具(16)的该球状物(20)的位置的检测器(14)的所说的支撑基座(11)来实现该误差检测。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于：通过使用涉及能够被模型化的误差的补偿的头(1)的移动、该数控(CNC)装置认为保持该球状物(20)的中心不动、在该球状物(20)的理论坐标和实际坐标之间的差是该测量误差来执行该计量工具(16)的球状物(20)的定位误差的测量。
11.根据权利要求9的方法，其特征在于：通过使用由该支撑基座(11)的该检测器(14)提供的被转变成该计量工具(16)的球状物(20)的实际坐标的值来执行该计量工具(16)的球状物(20)的定位误差的测量，该球状物(20)的理论坐标和实际坐标之间的差是该测量误差。
12.根据权利要求9的方法，其特征在于：通过使用作为可选的由用于校正该机器线性轴位置以便把该球状物(20)复回到该检测器(14)提供初始值的点的支撑基座(11)的检测器(14)提供的值、该球状物(20)不移动并且该线性轴根据当前动态补偿执行相对于该数控(CNC)装置将被加至的一个轴的附加移动来执行该计量工具(16)的球状物(20)的定位误差，所说的校正是该测量误差。
13.根据权利要求11至12的方法，其特征在于：还包括一个校准步骤，校准该支撑基座(11)的检测器(14)。
14.根据权利要求8的方法，其特征在于：还用于通过测量和监察几何模型领域使用的计算技术来执行该旋转轴该角位置精确度和具有线性轴的旋转轴的平行性的一个自动测量，所说的技术涉及通过一系列点的曲线和/或表面的重建。
15.根据权利要求14的方法，其中：针对一个头(20)，当实现下列移动时存在由工具梢端描述的周边所在的一些平面：
-轴B在90°；轴A执行一个旋转(圆1)
-轴A在0°；轴B执行一个旋转(圆2)，所说的平面是垂直的并且平行于机床的笛卡尔轴；其特征在于，这种方法包括步骤：
-执行该圆1；
-利用均方的方法等通过一系列描述所说的圆1的点重建圆1；
-定位所说的通过所说的圆1的平面相对于正交到轴A的理想旋转轴的非平行性；
-定位由轴A测量***变换的位置和相关的工具梢端位置点之间的关系，随后计算轴A的角位置精确度；
-执行该圆2；
-利用均方的方法等通过一系列描述所说的圆2的点重建圆2；
-定位所说的通过所说的圆2的平面相对于与轴B的理想旋转轴垂直的平面的非平行性；
-通过前述的在垂直于轴A的理想转动轴的平面中的角度的分量定位该轴A的位置0；
-通过在让该工具垂直的圆2上的测量点定位该轴B的位置0；和
-定位由轴B测量***变换的位置和相关的工具梢端位置点之间的关系，随后计算轴B的角位置精确度；
16.根据权利要求8的方法，其特征在于：自动地执行该头(20)的定位误差测量，以便获得实现求解该头(20)的几何模型的参数的若干独立的代数方程。
17.根据权利要求8的方法，其特征在于：通过选择独立于模型参数清晰度的搜索的若干测量、把该方法的适用性扩展到头(1)和/或具有工作台的头的每一结构种类来执行测量，达到这种复杂性的模型还考虑从线性轴，即移动该头(1)的轴的移动误差得出的该计量工具(16)的该球状物(20)的可能的定位误差。
18.根据权利要求8的方法，其特征在于，如果由这种数控装置(CNC)执行的误差补偿不具有该测量的相同的复杂程度，则该***执行把其自己的模型的参数变换到该补偿模型的参数。
19.根据权利要求8的方法，其特征在于：测量不能被模型化的误差的步骤包括子步骤：
只建立与该头(1)的轴位置的经验性的连接，针对这种连接的关系将是清楚的；
通过具有已知和不同的长度的两个计量工具(16)针对每一头(1)执行两个测量；
针对一个头(1)工具的一般长度，该误差为三个测量值DX、DY和DZ中的二个的线性内插，针对全部受影响位置测量计量工具(16)的球状物(20)的误差DX、DY和DZ，所说的测量首先利用一个计量工具(16)执行，随后利用随后的计量工具(16)执行；
从两个轴的负端到正端离散两个轴的位置组合，以便获得该受影响的位置，所说的离散是利用实验建立的步骤或利用误差频率分析算法执行的。
20.使用根据权利要求1的***测试数控机床头(1)和/或工作台的方法，所说的处理执行由该头(1)控制的轴的动态行为和/或这些轴与该线性轴的移动结合的移动的检测，与编程实现分析如抽动和波动问题的一个曲线比较来分析该轴的响应曲线，所说的方法以由根据权利要求1的***取样的信号的至少1kHz的通带的存在操作。
21.使用根据权利要求1的***补偿数控机床头(1)和/或工作台的方法，所说的处理分成：使用一个几何模型执行头(1)移动的补偿的部分和执行不能被模型化的非几何误差的补偿的部分。
22.用于机床的测量***，其特征在于配备有三个非正交的检测器，以便确定连接到机床主轴的一个球状物的中心坐标。
23.用于测量连接到机床轴的一个球状物的中心位置的方法，使用具有连接到该机床的一个球状物的圆柱和与该球状物接触的三个距离检测器，所说的方法包括步骤：
在该惯性***XYZ中的该球的一个固定位置(1)(″定中心的球状物位置″)；
把该机器/头移动到位置(1)；
在其定中心的球状物位置中再次驱动该球状物；
记录该机器轴XYZ(X1，Y1，Z1)的位置(2)；
把该机器/头移动到位置(2)；
在其定中心的球状物位置中再次驱动该球状物；
记录该机器轴XYZ(X2，Y2，Z2)的一个位置；
其中的差值X1-X2、Y1-Y2、Z1-Z2是由该CNC***在执行从位置(1)到位置(2)的移动中产生误差。
24.计算机化数控算法，其特征在于，能够通过使用与一个球状物接触的三个非正交距离检测器而将该球状物复回到一个惯性位置XYZ。
25.从利用具有球状物未端的单个测试圆柱执行的测量开始的一种用于确定针对一个机床的线性轴XYZ的涉及直线性、尺度和正交性的误差索引的方法，所说的方法能够测量在测试头的不同位置/形状中的同一个错误，所说的方法相对于由线性轴执行的移动而区别哪些是能够与旋转头轴的移动相关的误差，所说的线性轴还跟随该旋转轴的移动而被移动，以便保持一个可能的工具的梢端不移动。
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