[发明专利]带有用于在刀具夹具和工件夹具之间的三维配准的光学测量装置的机床

说明书

本发明涉及一种机床，该机床包括配备有刀具夹具（310）和工件支座（320）的机加工模块（300），以及用于三维测量所述刀具夹具（310）和所述工件支座（320）之间的相对位置的光学测量装置（10），所述光学测量装置（10）包括安装在所述工件支座（320）上的光学系统（100）和安装在所述刀具夹具（310）上的目标（200），并包括工作面（202），该工作面形成可以将其自身定位在光学系统（100）的光轴（O）上的定位参考。

技术领域

本发明涉及机床领域。本发明还涉及光学测量第一物体与第二物体之间，尤其是机床的刀具夹具与工件夹具之间的相对位置的领域。

在机床领域中，尤其是通过材料去除进行机加工，需要准确地知道刀具夹具和工件夹具之间的相对位置，以确保机加工范围符合在调整期间制定的机加工计划。

借助于机加工模块（机床），特别是自动车床、自动车削机器、车削-铣削中心、铣床、机加工中心和转移机，工件生产通常包括三个不同的阶段。

在第一调整（或预设）阶段，操作员（例如自动车床操作员）在机加工模块上定义并测试机加工计划，也就是说，获得待机加工的期望工件所需的操作顺序和轴位移的顺序。例如，操作者要小心谨慎，以获得最有效的可能的机加工计划，也就是说，该计划可以以最少的操作机加工给定的工件，并避免刀具之间或与工件的碰撞。他或她选择要使用的刀具，并检查所获得工件的质量，例如表面状况、符合公差等。

在第二生产阶段，利用在调整过程中定义的参数，在预设的机加工模块上生产一系列工件。这个阶段是唯一的生产阶段；它经常一天24小时执行，机加工模块借助于自动料盒进料或块料（未机加工的工件）装载机提供原材料。

可能会中断一系列工件的生产，例如更换磨损的刀具，在同一机加工模块上生产另一种类型的工件，进行机器维护等，随后重新启动。在这种情况下，需要准备阶段来应用在调整期间先前定义的参数。这个准备阶段比调整要快。

在准备期间，经常需要用另一套适合要执行的机加工的刀具替换安装在机器上的刀具。这些刀具的定位精度决定了机加工质量，但很难在连续的准备阶段复制。

另外，在生产阶段，随着新工件的机加工不断发展，尤其对于长期运行，刀具夹具和工件夹具之间的位置偏移（尤其是由于机器热膨胀引起的偏移）并非不可能。

背景技术

因此，在现有技术中已经提出了各种解决方案，以保证在生产阶段和准备期间在刀具夹具和工件夹具之间的正确相对定位，也就是说，与调整期间的刀具夹具和工件夹具之间的相对位置一致的相对定位。

机床中使用的许多原位测量技术旨在测量工件或工件夹具与刀具本身之间的相对位置。然而，在这种情况下，工件或工件夹具与刀具之间的相对位置的测量受到刀具的磨损和机床在其操作期间的热偏移的影响。

此外，如在文献DE202016004237U中那样，这种相对位置测量通常在两个维度上，即在两个方向上进行。

由于在工件或工件夹具与刀具之间的这种相对配准限于二维（例如，Y和X，分别为侧向方向和垂直方向），因此它不充分详尽以确保正确的相对位置，使得不得不使用另一种技术来测量第三个维度（例如Z，工件夹具的前进/后退方向，也称为“材料方向”）。这种情况不仅增加了测量技术的成本，而且增加了其实施时间，并且还由于同时使用两个系列的测量而增加了误差。

文献US2014362387 AA公开了一种放置在刀具夹具上的光学测量装置，该光学测量装置使得可以检查目标物体不干涉刀具夹具。该光学测量装置使用具有若干倾斜部分的测量元件来表征激光射线测量装置的几何参数，特别是反射射线的传感器与入射射线的发射器之间的位置。该测量元件不参与测量刀具夹具和目标物体（可以为待机加工工件）之间的相对位置。

文献US2010111630 AA公开了一种用于机床的刀具重新定位系统，其包括位于刀具上的不规则形状的目标，并且允许通过未指定位置的光学测量元件来光学测量刀具的精确位置。