專利名稱：定位裝置及定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定位裝置，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)高精度非接觸測 量的定位裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的放電加工或切削加工等的定位裝置，利用工件和工具電 極具有導(dǎo)電性，使用感應(yīng)工件與電極或工具之間的電接觸的方法，實(shí)現(xiàn)高精度的定位。(例如，參考專利文獻(xiàn)l)此外，還有一種使用遠(yuǎn)距離測量激光式位移傳感器，不與材料 直接接觸，且在材料和工具之間留有充分的距離，準(zhǔn)確、安全地測量材料的切削余量。(例如，參考專利文獻(xiàn)2)此外，還有一種通過設(shè)置用于檢測載置有被加工物的工作臺(tái)的 粗進(jìn)給量的第1位置檢測傳感器、以及用于檢測微小進(jìn)給量的第2 位置檢測傳感器，基于第1位置檢測傳感器的粗進(jìn)給量檢測結(jié)果、和 所述第2位置檢測傳感器的微小進(jìn)給量檢測結(jié)果，驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)，而進(jìn)行工作臺(tái)的定位的定位方法。(例如，參考專利文獻(xiàn)3)專利文獻(xiàn)l:特開2003 — 205439號(hào)公報(bào)(圖2)專利文獻(xiàn)2:特開2000 — 52198號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:特開昭63— 109956號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容在使用鄰近接觸感應(yīng)單元的現(xiàn)有定位裝置中，為了抑制測量物 和被測量物之間的物理損傷，必須通過降低趨進(jìn)速度而抑制接觸時(shí)的 沖擊，因此存在測量時(shí)間變長的問題。此外，上述接觸感應(yīng)用探頭，為了抑制由接觸時(shí)的壓力引起的 變形，需要提高剛性，與此相伴，需要使探頭前端的球形狀部分的尺
寸大于或等于一定尺寸。因此，探頭前端的球形狀部，不能向微小形狀部接近，還存在 不能測量該部分的缺點(diǎn)。在這種情況下，為了使用具有銷規(guī)等的專用測量用具，需要將 測量物暫時(shí)取下進(jìn)行離線測量，或?qū)τ阡N規(guī)無法插入的微小形狀，需 要使用光學(xué)單元進(jìn)行測量，需要將測量物暫時(shí)取下，利用具有CCD 照相機(jī)等的顯微鏡，離線對(duì)測量剖面進(jìn)行放大 形狀測量。此外，即使希望對(duì)曾一度拆下的測量物，根據(jù)測量結(jié)果再次進(jìn) 行追加加工，也會(huì)由于難以重新準(zhǔn)確地設(shè)置在原先的位置，而無法基 于測量結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的追加加工。此外，在上述被測量物是例如微細(xì)針形狀的情況下，由于該微 細(xì)針形狀非常細(xì)，因此探頭接觸形成的接觸壓力會(huì)使被測量物變形， 測量本身無法完成。在該情況下，如上所述，需要使用具有CCD照相機(jī)等的顯微鏡，離線對(duì)測量剖面進(jìn)行放大 形狀測量。另一方面，在使用遠(yuǎn)距離測量激光式位移傳感器的情況下，由 于可以以非接觸的方式進(jìn)行測量，因此可以對(duì)非常微細(xì)的對(duì)象進(jìn)行測量，但由于普通的遠(yuǎn)距離測量激光的分辨率為l(Hun左右，誤差為 0.2mm左右，因此難以作為高精度定位單元使用，僅限于在例如裝配 線等進(jìn)行簡單形狀判斷的領(lǐng)域使用，難以用于例如放電加工的定位控 制等要求高精度的加工(分辨率為(U^im左右)。此外，在選擇高精度激光長度測量儀的情況下，可以將誤差抑 制至5!im左右，但該高精度激光測量儀可以測量的長度范圍被限制 為例如10mm士lmm左右，因此必須將高精度激光測量儀和測量對(duì)象 載置在10mm士lmm左右的范圍內(nèi)，在這種狀態(tài)下難以實(shí)際進(jìn)行使用。此外，在以分辨率為O.lnm的驅(qū)動(dòng)單位進(jìn)行控制的加工設(shè)備中， 由于難以對(duì)被加工的高精度工件以超微單位進(jìn)行測量，因此也難以代 替現(xiàn)有的接觸定位。本發(fā)明就是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種 定位裝置，其無需擔(dān)心測量時(shí)的碰撞，可以高速地實(shí)施高精度定位動(dòng)
作，此外，無需基于各個(gè)測量形狀的多個(gè)形狀數(shù)據(jù)預(yù)先準(zhǔn)備定位程序。 本發(fā)明所涉及的定位裝置具有移動(dòng)單元，其使定位對(duì)象和長 度測量單元相對(duì)移動(dòng)，該長度測量單元以非接觸的方式測量其與該定 位對(duì)象之間的距離，僅在從任意的檢測位置開始的規(guī)定范圍的長度測 量區(qū)域內(nèi)檢測到定位對(duì)象時(shí)輸出檢測信號(hào)；軸控制單元，其用于在利 用該移動(dòng)單元使上述定位對(duì)象和長度測量單元相對(duì)移動(dòng)時(shí)，根據(jù)檢測到來自上述長度測量單元的檢測信號(hào)，使上述移動(dòng)單元停止，對(duì)上述 停止位置和任意檢測位置之間的過沖量進(jìn)行自動(dòng)校正；以及定位控制 單元，其存儲(chǔ)由上述控制單元自動(dòng)校正后的坐標(biāo)值，基于該基準(zhǔn)坐標(biāo)值進(jìn)行定位。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，由于其具有如下單元具有非接觸式長度測量單 元的單元，其基于來自所述長度測量單元的位置數(shù)據(jù)，在進(jìn)入任意的 長度測量距離的階段下，使高速接近的測量對(duì)象進(jìn)行軸停止；根據(jù)所 述位置數(shù)據(jù)對(duì)過沖量進(jìn)行自動(dòng)校正，向任意位置進(jìn)行軸控制的單元； 以及讀取所述自動(dòng)校正后的主軸NC坐標(biāo)值的單元，因此無須擔(dān)心測 量時(shí)的碰撞，可以實(shí)現(xiàn)高速地進(jìn)行高精度定位動(dòng)作。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的定位裝置的結(jié)構(gòu)圖。 圖2是表示定位裝置的傳感器輸出信號(hào)的圖。 圖3是定位裝置的系統(tǒng)流程圖。圖4是表示由定位裝置對(duì)微小部分進(jìn)行高速 高精度深度測量的圖。圖5是表示激光位移計(jì)的測量距離和誤差量的關(guān)系的圖。 圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的定位裝置的結(jié)構(gòu)圖。 圖7是表示定位裝置的定位流程的圖。圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的配合使用C軸時(shí)的定位系統(tǒng)的圖。
圖9是表示定位裝置的配合使用C軸時(shí)的中心偏差校正值計(jì)算 方法的圖。圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的定位裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖11是表示工作機(jī)械的設(shè)備溫度和設(shè)備位移量的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施方式1圖1表示將本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的定位裝置用于放電加工 機(jī)的情況的結(jié)構(gòu)。在圖1中，放電加工機(jī)由NC等軸控制單元1、軸驅(qū)動(dòng)單元2、 主軸頭部3、加工槽4、以及工作臺(tái)5構(gòu)成，通常加工電極6設(shè)置在 主軸頭部上，加工工件7設(shè)置在工作臺(tái)側(cè)。本發(fā)明構(gòu)成為，在可拆卸傳感器單元9上還安裝以激光位移計(jì) 為代表的非接觸傳感器8，該可拆卸傳感器單元9通過傳感器安裝引 導(dǎo)部IO安裝在主軸部上。在這里，來自非接觸傳感器8的輸出信號(hào)，被傳送至軸控制單 元1，由定位控制單元11向軸驅(qū)動(dòng)單元2發(fā)出最佳軸進(jìn)給指令。在圖2中示出來自非接觸傳感器8的輸出信號(hào)，此外，在圖3 中示出通過該輸出信號(hào)和定位控制單元11，使驅(qū)動(dòng)單元2實(shí)施最佳 測量動(dòng)作的系統(tǒng)流程。本實(shí)施方式中說明的高精度非接觸傳感器，使用普通的高精度 非接觸傳感器，其長度測量范圍受到限制，在分辨率是0.5pm時(shí)為 30mm±2mm左右，在分辨率是O.Ihih時(shí)為5mm±0.3mm左右。來自非接觸傳感器8的輸出信號(hào)的輸出規(guī)格為，在長度測量范 圍的任意位置(一般為長度測量范圍的中間位置)，使輸出信號(hào)進(jìn)行 高一低電平切換。本規(guī)格僅表示在任意位置生成信號(hào)的單元的一個(gè)例子，也可以 使用其它方法代替。此外，通過按照圖3中示出的系統(tǒng)流程圖，對(duì)軸驅(qū)動(dòng)部2進(jìn)行 控制，可以使非接觸傳感器8和加工工件7側(cè)被測量部，移動(dòng)至一定 的距離，由軸控制單元1讀取此時(shí)的驅(qū)動(dòng)軸的坐標(biāo)值。首先，使用圖2對(duì)在測量范圍的任意位置，使輸出信號(hào)進(jìn)行高一低電平切換的動(dòng)作進(jìn)行說明。在執(zhí)行定位指令的情況下，基于來自軸控制單元1的指令，軸驅(qū)動(dòng)部2通過驅(qū)動(dòng)主軸頭部3，使安裝在可拆卸傳感器單元9上的非 接觸傳感器8，相對(duì)于加工工件7的非測量部(測量物21)進(jìn)行相對(duì) 移動(dòng)(接近動(dòng)作)。如上所述，非接觸傳感器8存在長度測量范圍，如果在其中的 任意位置(例如長度測量范圍的中間點(diǎn))檢測到測量物21，則將輸 出信號(hào)從低電平切換為高電平，在長度測量范圍內(nèi)維持高電平，如果 超出長度測量范圍，則成為低電平。使用該測量范圍檢測的定位動(dòng)作即為本實(shí)施方式，下面，對(duì)圖3 中示出的定位流程，使用圖4中示出的動(dòng)作示意圖進(jìn)行說明。51) 在執(zhí)行定位指令的情況下，向測量對(duì)象的方向(在該情況 下為+方向)，實(shí)施高速的軸移動(dòng)，使傳感器頭部向測量物移動(dòng)。此外，高速的軸移動(dòng)可以設(shè)定為可由NC控制裝置1設(shè)定的最 大速度(例如，在線性驅(qū)動(dòng)的情況下為50m/min)。52) 在移動(dòng)時(shí)每隔一定周期(例如，從lKHz左右至10Hz左 右的范圍)，對(duì)來自非接觸傳感器8的輸出信號(hào)進(jìn)行比照，在低電平 信號(hào)(到達(dá)上述任意坐標(biāo)之前的坐標(biāo))的情況下，繼續(xù)移動(dòng)。53) 在來自非接觸傳感器8的輸出信號(hào)為高電平信號(hào)(從該任 意坐標(biāo)至測量對(duì)象為一定距離)的情況下，使軸移動(dòng)停止。此外，在伴隨著檢測到來自非接觸傳感器8的高電平信號(hào)的趨 進(jìn)停止指令后，直至軸移動(dòng)實(shí)際停止的距離為過沖距離。(第1位置)54) 軸移動(dòng)停止后，再次比照輸出信號(hào)，對(duì)應(yīng)于與移動(dòng)相伴的 過沖影響度，變更移動(dòng)控制的順序(軸方向和軸移動(dòng)速度)。55) 在S3)中進(jìn)行了軸停止時(shí)，來自傳感器的輸出信號(hào)為L 的情況下，由于過沖量大(在圖2的情況下，大于或等于2mm(二 傳感器和測量物21的距離小于28mm))，因此利用比高速軸移動(dòng) 速度慢的標(biāo)準(zhǔn)速度(現(xiàn)有技術(shù)的定位中使用的速度等)，實(shí)施軸返回
動(dòng)作直至上述任意坐標(biāo)值(在該情況下為一方向)。
此外，在基于S5)的軸返回中，每隔一定周期(例如，從ikHz 左右至10Hz左右的范圍)，對(duì)來自非接觸傳感器8的輸出信號(hào)進(jìn)行 比照，在輸出信號(hào)從低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)(二傳感器和測量物21的 距離為28mm左右)，使軸移動(dòng)停止。
56) 另一方面，由于在S3)中進(jìn)行了軸停止時(shí)，上述輸出信 號(hào)為高電平的情況下，或通過基于S5)的動(dòng)作，使過沖量可以被識(shí) 別為較小(在圖2的情況下，小于或等于2mm)，由此利用比高速 軸移動(dòng)速度慢的微小進(jìn)給速度(例如，從30mm/min左右至ltnm/min 左右的范圍內(nèi))，進(jìn)行過沖量的校正。
57) 在基于S6)的直至上述任意坐標(biāo)值的軸返回中，每隔一 定周期，進(jìn)行輸出信號(hào)的對(duì)照，在輸出信號(hào)為低電平時(shí)(-傳感器和 測量物21的距離為30mm)，使軸移動(dòng)停止。(第2位置)
58) 利用NC等定位控制單元11讀入處于S7)中位置時(shí)的驅(qū) 動(dòng)軸的坐標(biāo)值(坐標(biāo)A)。
此外，該坐標(biāo)值(坐標(biāo)A)成為從本來應(yīng)當(dāng)定位的目標(biāo)位置 (30mm)向一方向移動(dòng)一定距離后的坐標(biāo)值，該距離是以微小進(jìn)給 速度、在上述一定周期的最小單位期間向一方向移動(dòng)時(shí)的過沖量。
59) 讀入坐標(biāo)值(坐標(biāo)A)后，繼續(xù)以微小進(jìn)給速度向與S7) 相反的方向(+方向)趨進(jìn)。
510) 在向相反方向(+方向)趨進(jìn)時(shí)，每隔一定周期對(duì)輸出 信號(hào)進(jìn)行比照，在輸出信號(hào)為高電平時(shí)，使軸移動(dòng)停止。(第3位置)
511) 利用NC等軸控制單元讀入處于S10)中位置時(shí)的軸移動(dòng) 的坐標(biāo)值(坐標(biāo)B)。
此外，該坐標(biāo)值(坐標(biāo)B)成為從本來應(yīng)當(dāng)定位的目標(biāo)位置向 +方向移動(dòng)一定距離后的坐標(biāo)值，該距離是以微小進(jìn)給速度、在上述 一定周期的最小單位期間向+方向移動(dòng)時(shí)的過沖量。
512) 確認(rèn)由趨進(jìn)方向的不同而導(dǎo)致的輸出信號(hào)的遲滯值(由 趨進(jìn)方向不同(+方向和一方向)導(dǎo)致檢測值產(chǎn)生誤差的情況下的檢 測值的偏差量)，為了去除遲滯的影響，向坐標(biāo)A和坐標(biāo)B的中點(diǎn)
實(shí)施軸移動(dòng)。S13)以該位置作為最終定位完成位置(坐標(biāo)C)，實(shí)施坐標(biāo) 讀入。由于本測量方法，具有以非接觸的方式實(shí)施的特點(diǎn)，因此具有 無論過沖量的大小如何，都不會(huì)影響測量精度的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于只要過沖量不超過測量物和目標(biāo)坐標(biāo)(趨進(jìn)目標(biāo)) 之間的距離，則不會(huì)由碰撞產(chǎn)生損壞，可以提高移動(dòng)速度。但是，由于如果過沖量過大，則校正至目標(biāo)坐標(biāo)的坐標(biāo)校正時(shí) 間會(huì)變長，因此為了使測量時(shí)間最短，需要適當(dāng)?shù)卦O(shè)定軸返回時(shí)的移 動(dòng)速度。在利用線性驅(qū)動(dòng)裝置等以最大50m/min進(jìn)行移動(dòng)的情況下，以 延遲時(shí)間為0.01秒進(jìn)行估算，過沖量成為8.3mm，對(duì)于實(shí)施例的裝 置，不會(huì)發(fā)成碰撞等問題。通過使用本系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)如圖4所示的微小部分進(jìn)行高 速，高精度的深度測量。以下，示出其流程。1) 利用NC等驅(qū)動(dòng)控制裝置對(duì)成為深度測量基準(zhǔn)的表面(測 量基準(zhǔn)點(diǎn))，按照上述圖3中示出的流程，進(jìn)行高速定位、以及讀入 該位置的驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)(NC坐標(biāo)1)。2) 然后，利用NC等驅(qū)動(dòng)控制裝置對(duì)深度測量部(深度測量 點(diǎn))，與上述相同地進(jìn)行高速定位、以及讀入該位置的驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)(NC 坐標(biāo)2)。3) 微小部分的深度可以根據(jù)上述坐標(biāo)1和坐標(biāo)2的相對(duì)坐標(biāo) 求出。艮P，可以根據(jù)「深度測量值二NC坐標(biāo)1一NC坐標(biāo)2」進(jìn)行計(jì)算。 艮P，通過將非接觸傳感器8定位于與測量基準(zhǔn)點(diǎn)和深度測量點(diǎn) 分別相距一定距離(本實(shí)施方式中為30mm)的位置，計(jì)算這兩者的 NC坐標(biāo)值的差，從而可以迅速地獲得高精度的深度數(shù)據(jù)。此外，定 位無需操作者進(jìn)行干預(yù)，可以容易地利用程序和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 現(xiàn)有技術(shù)中，由于使用具有銷規(guī)等的專用測量用具，因此需要
暫時(shí)將測量物取下，離線進(jìn)行測量，對(duì)于銷規(guī)無法插入的微細(xì)形狀，則需要暫時(shí)將測量物取下，利用具有CCD照相機(jī)等的顯微鏡，離線對(duì)測量剖面實(shí)施放大 形狀測量。但是，通過利用本方法，可以在加工設(shè)備上直接進(jìn)行深度測量。 作為線上測量的優(yōu)點(diǎn)，由于無需移動(dòng)加工后的測量物，可以去除與測量物移動(dòng)相伴的重要誤差因素，因此可以基于測量結(jié)果，容易地實(shí)現(xiàn)用于形狀校正的追加加工。下面，對(duì)于不使用非接觸傳感器8直接測量距離，而是使用該非接觸傳感器8單純用于定位于任意距離的理由進(jìn)行說明。圖5是表示典型的激光測長儀誤差量的數(shù)據(jù)。曲線的X軸(橫軸)是利用NC等驅(qū)動(dòng)控制單元讀入的激光頭 和測量物之間距離的驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)。另一方面，以Y軸(縱軸)表示在上述坐標(biāo)值準(zhǔn)確時(shí)上述坐標(biāo) 值與此時(shí)激光測長儀識(shí)別的坐標(biāo)數(shù)據(jù)之間的差值(誤差量)。激光測長儀的測量量程規(guī)格為28mm 30mm。圖5 (a)表示驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)值中28mm 30mm的數(shù)據(jù)，圖5 (b) 表示其29.9mm 30.1mm的數(shù)據(jù)，圖5(c)表示其29.99mm 30.01mm 的數(shù)據(jù)。驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)值和來自激光測長儀的數(shù)據(jù)相同的情況下，Y軸的誤差量應(yīng)當(dāng)始終為0。但是，在實(shí)際數(shù)據(jù)中，誤差量與測量距離對(duì)應(yīng)而發(fā)生增減，表現(xiàn)出現(xiàn)有激光測長精度的H/W精度的極限。在土2mm的全量程的測量范圍中，最大誤差量為51pm。在圖5 (a)中，也得到重復(fù)精度(Data (1) (3))，同時(shí)示出在相同條件下測量3次的測量結(jié)果。其結(jié)果，3次中的測量結(jié)果之間也產(chǎn)生了波動(dòng)。艮卩，可以看出難以在士2mm的全量程中，實(shí)施高精度的絕對(duì)位置另一方面，可以看出由于以使測量誤差在測量量程的中間位置 成為最小值的方式，對(duì)激光測長儀進(jìn)行調(diào)整，因此在該位置(該情況
下為30mm)的重復(fù)精度被抑制為小于或等于lpm (參照圖5 (c))。 由此，在激光測長儀對(duì)相距任意距離(在該情況下為30mm)的測量物進(jìn)行測量的情況下，誤差非常小。這樣，通過使用激光測長儀，可以極高精度地向與測量物相距任意距離的位置定位，本實(shí)施方式的定位系統(tǒng)使用這種方式。此外，在該情況下，對(duì)于使主軸和傳感器部移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元、即數(shù)值控制工作機(jī)械，確保大于或等于一定的靜態(tài)精度，成為提高測量精度的必要條件。根據(jù)本實(shí)施方式，由于其具有如下單元設(shè)有非接觸式長度測量單元的單元，其基于來自所述長度測量單元的位置數(shù)據(jù)，在進(jìn)入任意的長度測量距離的階段，使高速接近的測量對(duì)象進(jìn)行軸停止；根據(jù) 所述位置數(shù)據(jù)對(duì)過沖量進(jìn)行自動(dòng)校正，向任意位置進(jìn)行軸控制的單 元；以及讀取所述自動(dòng)校正后的主軸NC坐標(biāo)值的單元，因此無須擔(dān) 心測量時(shí)的碰撞，可以實(shí)現(xiàn)高速地進(jìn)行高精度定位動(dòng)作。實(shí)施方式2圖6表示實(shí)施方式2所涉及的定位裝置。實(shí)施方式2在實(shí)施方式1示出的放電加工機(jī)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步 具有+ X軸傳感器31、 一X軸傳感器32、十Y軸傳感器33、 一Y軸 傳感器34、 Z軸傳感器35，共計(jì)5個(gè)軸方向的非接觸長度測量單元。為了實(shí)現(xiàn)后述的定位流程，預(yù)先求出傳感器之間的相對(duì)坐標(biāo)值。圖7表示用于對(duì)測量物(加工電極等)和主軸之間的中心偏差 校正量進(jìn)行測量的定位流程。S21)預(yù)先將電極設(shè)置在Z軸傳感器35上方(相距大于或等于 30mm)，如果執(zhí)行Z軸定位指令，則電極在Z軸傳感器方向的Z軸 方向上進(jìn)行高速定位。由于實(shí)施流程與實(shí)施方式1中示出的流程相同，因此在這里省 略細(xì)節(jié)。然后，定位完成后，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的停止坐標(biāo)，利用以NC為代 表的軸控制單元1進(jìn)行坐標(biāo)值的讀入。
該坐標(biāo)值表示準(zhǔn)確地位于Z軸傳感器35上方30mm的坐標(biāo)。 接著，將電極設(shè)置在+X軸傳感器31附近(相距大于或等于 30mm)。設(shè)置方法可以是簡單地通過操作者以手動(dòng)操作驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行， 也可以是基于預(yù)先得到的電極形狀數(shù)據(jù)和+X軸傳感器31位置坐標(biāo) 值，利用程序進(jìn)行自動(dòng)控制。電極的設(shè)置完成后，執(zhí)行+ X方向定位指令。電極與上述相同地在+ X軸傳感器^向上高速地進(jìn)行定位，完 成后利用NC讀入驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)。該坐標(biāo)值表示相對(duì)于+ X軸傳感器31準(zhǔn)確地位于一30mm的坐標(biāo)。522) 向+X方向的高速定位完成后，同樣地在一X軸傳感器 32方向進(jìn)行高速移動(dòng)、高速定位、NC坐標(biāo)讀入。該坐標(biāo)值表示相對(duì)于一X軸傳感器32準(zhǔn)確地位于+ 30mm的坐標(biāo)。523) 根據(jù)上述S21、 S22的結(jié)果，可以檢測出X方向?qū)挾壬?的、十X軸傳感器31和一X軸傳感器32之間的電極寬度中心坐標(biāo)。艮P，根據(jù)通過上述S21、 S22的定位動(dòng)作而得到的坐標(biāo)值，可以 計(jì)算出電極的X軸方向的中心偏差量。對(duì)于該電極中心偏差量，由于+X軸傳感器和一X軸傳感器的 位置是已知的，因此可知+X軸傳感器和一X軸傳感器的位置的中心 坐標(biāo)A，假設(shè)電極是對(duì)稱的，則S21)中得到的坐標(biāo)值和S22)中得 到的坐標(biāo)值的中心坐標(biāo)B，應(yīng)當(dāng)與上述坐標(biāo)A—致。但是，在坐標(biāo)A 和坐標(biāo)B不一致的情況下，則電極不是對(duì)稱的，該值成為電極中心 偏差量。然后，使電極移動(dòng)至Y軸傳感器的軸線上。電極的移動(dòng)單元與向X軸傳感器設(shè)置時(shí)同樣地，可以是簡單地 通過操作者以手動(dòng)操作驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，也可以是基于預(yù)先得到的 電極形狀數(shù)據(jù)和+ Y軸傳感器33位置坐標(biāo)值，利用程序進(jìn)行自動(dòng)控 制。524) 電極的設(shè)置完成后，執(zhí)行+ Y方向定位指令。 電極與上述相同地在+ Y軸傳感器方向上高速地進(jìn)行定位，完成后利用NC讀入驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)。該坐標(biāo)值表示相對(duì)于+ Y軸傳感器33準(zhǔn)確地位于一30mm的坐標(biāo)。525) 向+Y方向的高速定位完成后，同樣地在一Y軸傳感器 34方向進(jìn)行高速移動(dòng)、高速定位、NC坐標(biāo)讀入。該坐標(biāo)值表示相對(duì)于一Y軸傳感器34準(zhǔn)確地位于+ 30mm的坐標(biāo)。526) 根據(jù)上述S24、 S25的結(jié)果，可以檢測出Y方向?qū)挾壬?的、十Y軸傳感器33和一Y軸傳感器34之間的電極寬度中心坐標(biāo)。艮P，根據(jù)通過S24、 S25的定位動(dòng)作而得到的坐標(biāo)值，可以計(jì)算 出電極的Y軸方向的中心偏差量。對(duì)于該電極中心偏差量，由于+ Y軸傳感器和一Y軸傳感器的 位置是已知的，因此可知+Y軸傳感器和一Y軸傳感器的位置的中心 坐標(biāo)C，假設(shè)電極是對(duì)稱的，則S24中得到的坐標(biāo)值和S25中得到的 坐標(biāo)值的中心坐標(biāo)D，應(yīng)當(dāng)與上述坐標(biāo)C一致。但是，在坐標(biāo)C和 坐標(biāo)D不一致的情況下，則電極不是對(duì)稱的，該值成為電極中心偏此外，根據(jù)需要在進(jìn)行S25、 S26后，通過再次進(jìn)行上述S22、 S23，進(jìn)行X方向的中心偏差量的測量，可以使誤差量成為最小限度。527) 確定XY方向的中心偏差量后，在Z軸傳感器方向上高 速移動(dòng)，返回至最初的定位開始坐標(biāo)，結(jié)束定位動(dòng)作。上述一系列動(dòng)作，也可以利用程序而自動(dòng)化。根據(jù)本實(shí)施方式2，由于具有士X方向、士Y方向、Z軸方向的共 計(jì)5個(gè)軸方向的非接觸長度測量單元，因此與現(xiàn)有技術(shù)的接觸式定位 相比，可以大幅提高定位趨進(jìn)速度。對(duì)于加工電極相對(duì)于主軸的高精度中心偏差校正，在現(xiàn)有技術(shù) 的接觸定位中需要抑制為小于或等于30mm/min左右，在本實(shí)施方式 中，可以進(jìn)行大于或等于1000mm/min的高速定位動(dòng)作。
此外，通過利用線性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高速化。 實(shí)施方式3在實(shí)施方式2中，為了進(jìn)行中心偏差校正，需要準(zhǔn)備共計(jì)5個(gè) 軸方向的非接觸傳感器，但通過與主軸配合使用C軸(旋轉(zhuǎn)軸)， 可以利用XY平面上的l個(gè)軸，Z軸方向上的l個(gè)軸，共計(jì)2個(gè)軸的 非接觸傳感器，實(shí)現(xiàn)相同的中心偏差校正。圖8表示配合使用C軸時(shí)的定位系統(tǒng)?？梢匀〈鷱腦Y平面的4個(gè)方向進(jìn)行測量，通過C軸旋轉(zhuǎn)而僅 利用l個(gè)軸方向的傳感器，從4個(gè)方向(±X、 ±Y)對(duì)測量物進(jìn)行測根據(jù)測量結(jié)果，計(jì)算實(shí)際的中心偏差校正量，如圖9所示，是 通過使測量物旋轉(zhuǎn)至C0。、 C卯。、C180。、 C270。這4個(gè)方向，根據(jù)如 下流程進(jìn)行的。531) 在CO。位置，控制激光測長儀和測量物，使其相距任意 的距離，取得此時(shí)的坐標(biāo)值A(chǔ) (定位流程清楚地記載在實(shí)施方式1 中)。532) 在C180。位置，同樣地進(jìn)行控制，取得坐標(biāo)值B。533) 根據(jù)式1計(jì)算偏心量x (關(guān)于計(jì)算式，參照下述內(nèi)容)。534) 在C90。位置，同樣地進(jìn)行控制，取得坐標(biāo)值D。535) 在C270。位置，同樣地進(jìn)行控制，取得坐標(biāo)值E。536) 根據(jù)式2計(jì)算偏心量y (關(guān)于計(jì)算式，參照下述內(nèi)容)。 (C0°、 C180。處的測量)m = Bx —Cxn = Ax—Cx (Cx為已知〈直)d/2= (m + n) /2 (d是X軸方向的電極寬度)=Ax/2 + Bx/2 — Cx x-Ax — d/2-Ax/2 — Bx/2 + Cx …式1(C90°、 C270。處的測量)<formula>formula see original document page 17</formula>此外，本方法在測量電極的中心偏差時(shí)，利用C軸旋轉(zhuǎn)，但以 C軸自身不存在中心偏差為前提。在主軸的C軸驅(qū)動(dòng)部，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)存在中心偏差量的情況下， 需要測量90。、 180°、 270。相對(duì)于0°的C軸中心偏差。例如，在90°、 180。、 270。的情況下的X方向中心偏差量為X90、 X180、 X270的情況下，上述計(jì)算式成為如下形式。x = Ax/2— (Bx —X180) /2 + Cx …式1，y=— (Ex — X270) /2+ (Dx — X90) /2 — Cx …式2，艮P，通過預(yù)先取得該數(shù)據(jù)，在上述計(jì)算式中進(jìn)行校正，可以實(shí) 現(xiàn)高精度的定位。根據(jù)本實(shí)施方式3，通過具有主軸的C軸驅(qū)動(dòng)部，可以共用各個(gè)軸方向的非接觸長度測量單元，可以實(shí)現(xiàn)高速地進(jìn)行加工電極相對(duì) 于主軸的高精度中心偏差校正。實(shí)施方式4圖10表示本實(shí)施方式4所涉及的定位裝置用于放電加工機(jī)中的 使用例。放電加工機(jī)由軸控制單元1、軸驅(qū)動(dòng)單元2、主軸頭部3等構(gòu)成。 在本實(shí)施方式中，如圖6所示，安裝有非接觸傳感器8，其以實(shí) 施方式1、2中示出的可以進(jìn)行XYZ軸方向測量的激光位移計(jì)為代表。
此外，熱位移校正用基準(zhǔn)模塊52直接安裝在主軸3上，可以以基準(zhǔn)模塊52作為代表點(diǎn)，測量設(shè)備熱位移量。利用非接觸傳感器8對(duì)基準(zhǔn)模塊52進(jìn)行測量，如果其位置測量 結(jié)果隨時(shí)間變化成為不同的值，則可以將該值作為設(shè)備熱位移量。來自非接觸傳感器8的輸出信號(hào)，被傳送至軸控制單元1，利用 定位控制單元11，向軸驅(qū)動(dòng)單元2發(fā)出最佳軸進(jìn)給指令，以對(duì)設(shè)備 熱位移量進(jìn)行校正。通過使安裝在主軸3上的、由陶瓷材料構(gòu)成的熱位移校正用基 準(zhǔn)模塊52，以一定的周期間隔(例如，取得間隔可以從1秒至1分 左右任意地進(jìn)行設(shè)定)，如實(shí)施方式1那樣進(jìn)行高速定位，由此定位 控制單元11取得定位后的NC坐標(biāo)值。由于該NC坐標(biāo)值的位移，表示與設(shè)有工作機(jī)械的環(huán)境溫度變 化對(duì)應(yīng)而進(jìn)行位移、以鑄件為主的構(gòu)造體的設(shè)備熱位移量，因此必須 每隔一定周期取得設(shè)備熱位移量。對(duì)于取得的設(shè)備熱位移量，通過利用熱位移校正單元51，在驅(qū) 動(dòng)控制裝置、即NC的各個(gè)指令的S/W控制中，將校正值附加在原 始的位置指令上，其結(jié)果，可以進(jìn)行利用驅(qū)動(dòng)動(dòng)作抵消設(shè)備熱位移量 的驅(qū)動(dòng)控制。此外，在圖U中示出設(shè)備熱位移量相對(duì)于設(shè)備溫度變化的關(guān)系。 根據(jù)圖11中示出的設(shè)備溫度變化，計(jì)算設(shè)備熱位移量，可以通過構(gòu)建近似式進(jìn)行，但由于僅是近似解，由此可知對(duì)設(shè)備熱位移量的校正是有限的。此外，在根據(jù)近似式進(jìn)行校正的情況下，對(duì)設(shè)備熱位移量的校 正極限為l/2左右，例如，由設(shè)備熱位移量引起的電極前端的設(shè)備熱 位移量為20pm的情況下，即使進(jìn)行校正，仍然留有10)im左右的由 熱位移引起的誤差量。另一方面，在直接對(duì)位移量進(jìn)行校正的本實(shí)施方式的情況下， 在測量之后，原理上可以使誤差量為0，因此，為了進(jìn)行高精度加工， 進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)備熱位移量校正，如本實(shí)施方式所示，直接測量設(shè)備熱 位移量是有利的。
此外，在進(jìn)行本實(shí)施方式這樣的直接測量的情況下，由于使加 工中斷，利用熱位移校正用基準(zhǔn)模塊52進(jìn)行測量而浪費(fèi)時(shí)間，但通 過采用如上述實(shí)施方式這樣的非接觸測量方式，可以使軸移動(dòng)速度提 高至設(shè)備容許極限，因此可以抑制發(fā)生時(shí)間的浪費(fèi)。根據(jù)本實(shí)施方式4，由于具有高精度定位單元，其采用非接觸 測量方式；以及熱位移校正單元，其根據(jù)取得數(shù)據(jù)進(jìn)行熱位移校正， 因此在實(shí)際的工廠那樣的復(fù)雜的熱變化環(huán)境中，也可以對(duì)設(shè)備位移高 精度地進(jìn)行測量*校正，實(shí)現(xiàn)高精度加工。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明所涉及的定位裝置，適于作為各種數(shù)控工作機(jī)械的定位 單元使用。
權(quán)利要求
1.一種定位裝置，其特征在于，具有移動(dòng)單元，其使定位對(duì)象和長度測量單元相對(duì)移動(dòng)，該長度測量單元以非接觸的方式測量其與該定位對(duì)象之間的距離，僅在從任意的檢測位置開始的規(guī)定范圍的長度測量區(qū)域內(nèi)檢測到定位對(duì)象時(shí)輸出檢測信號(hào)；軸控制單元，其用于在利用該移動(dòng)單元使上述定位對(duì)象和長度測量單元相對(duì)移動(dòng)時(shí)，根據(jù)檢測到來自上述長度測量單元的檢測信號(hào)，使上述移動(dòng)單元停止，對(duì)上述停止位置和任意檢測位置之間的過沖量進(jìn)行自動(dòng)校正；以及定位控制單元，其存儲(chǔ)由上述控制單元自動(dòng)校正后的坐標(biāo)值，基于該基準(zhǔn)坐標(biāo)值進(jìn)行定位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的定位裝置，其特征在于，定位控制單元以如下方式進(jìn)行過沖量校正從第1位置開始低 速移動(dòng)至長度測量單元的檢測位置，求出第2位置的坐標(biāo)值，然后從 從該第2位置再次低速移動(dòng)至長度測量單元的檢測位置，求出第3 位置的坐標(biāo)值，以上述第2位置的坐標(biāo)值和第3位置的坐標(biāo)值的中間 坐標(biāo)作為基準(zhǔn)坐標(biāo)值，由此進(jìn)行過沖量校正，上述第1位置是從上述 長度測量區(qū)域內(nèi)的上述定位對(duì)象的檢測位置開始實(shí)際停止的位置，上 述第2位置是檢測到偏離長度測量區(qū)域而停止的位置，上述第3位置 是到達(dá)長度測量區(qū)域內(nèi)的檢測位置而停止的位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的定位裝置，其特征在于，在第1位置下的停止位置偏離長度測量區(qū)域的情況下，以比低 速移動(dòng)快的規(guī)定速度向反方向移動(dòng)，以進(jìn)入該長度測量區(qū)域，隨后通 過低速移動(dòng)從長度測量區(qū)域向第2位置移動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的定位裝置，其特征在于，定位對(duì)象固定在工作臺(tái)上，長度測量單元安裝在主軸上，該主軸與該工作臺(tái)相對(duì)、且可以沿XYZ方向移動(dòng)，伴隨主軸的移動(dòng)，求出各個(gè)位置的坐標(biāo)值，而進(jìn)行定位。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的定位裝置，其特征在于，長度測量單元相對(duì)于工作臺(tái)被固定在士X軸方向、士Y軸方向、Z 軸方向的共計(jì)5個(gè)軸上，定位對(duì)象安裝在主軸上，該主軸與該工作臺(tái) 相對(duì)、且可以沿XYZ方向移動(dòng)，伴隨主軸的移動(dòng)，求出各個(gè)位置的 坐標(biāo)值，而進(jìn)行定位。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的定位裝置，其特征在于，長度測量單元相對(duì)于工作臺(tái)被固定在XY軸方向、Z軸方向的共 計(jì)2個(gè)軸上，定位對(duì)象安裝在與該工作臺(tái)相對(duì)、且可以沿XYZ方向 移動(dòng)的主軸上，該主軸具有可以旋轉(zhuǎn)控制至任意角度的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部， 伴隨主軸的移動(dòng)，求出各個(gè)位置的坐標(biāo)值，而進(jìn)行定位。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的定位裝置，其特征在于， 主軸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部，在定位動(dòng)作時(shí)旋轉(zhuǎn)90。、 180°、 270°。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的定位裝置，其特征在于，通過每隔一定的單位時(shí)間，讀入來自定位控制單元的主軸NC 坐標(biāo)值，使用該取得數(shù)據(jù)的變化量，在主軸移動(dòng)時(shí)，增加以設(shè)備熱位 移為主要因素的校正系數(shù)。
9. 一種定位方法，其特征在于，具有如下工序利用長度測量單元，以非接觸的方式測量該長度測量單元與定 位對(duì)象之間的距離，僅在從任意的檢測位置開始的規(guī)定范圍的長度測 量區(qū)域內(nèi)輸出檢測信號(hào)；根據(jù)檢測出該檢測信號(hào)，使上述長度測量單元和定位對(duì)象的相 對(duì)移動(dòng)停止；對(duì)直至第1位置為止的過沖量進(jìn)行校正，該第1位置是從檢測 出上述檢測信號(hào)開始實(shí)際使相對(duì)移動(dòng)停止的位置；以及 基于該校正后的基準(zhǔn)坐標(biāo)值，進(jìn)行定位。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的定位方法，其特征在于，過沖量校正 工序由如下工序構(gòu)成從第1位置低速移動(dòng)至長度測量單元的檢測位置，求出第2位 置的坐標(biāo)值，該第2位置是檢測到偏離長度測量區(qū)域而停止的位置； 以及從該第2位置再次低速移動(dòng)至長度測量單元的檢測位置，求出 第3位置的坐標(biāo)值，該第3位置是到達(dá)長度測量區(qū)域內(nèi)的檢測位置而 停止的位置，將上述第2位置的坐標(biāo)值和第3位置的坐標(biāo)值的中間坐標(biāo)，確 定為基準(zhǔn)坐標(biāo)值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的定位方法，其特征在于，在第1位置下的停止位置偏離長度測量區(qū)域的情況下，以比低 速移動(dòng)快的規(guī)定速度向反方向移動(dòng)，以進(jìn)入該長度測量區(qū)域，隨后通 過低速移動(dòng)從長度測量區(qū)域向第2位置移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明具有移動(dòng)單元(2)，其使定位對(duì)象(21)和長度測量單元(8)相對(duì)移動(dòng)，該長度測量單元以非接觸的方式測量其與該定位對(duì)象(21)之間的距離，僅在從任意的檢測位置開始的規(guī)定范圍的長度測量區(qū)域內(nèi)檢測到定位對(duì)象(21)時(shí)輸出檢測信號(hào)；軸控制單元，其用于在利用該移動(dòng)單元(2)使上述定位對(duì)象(21)和長度測量單元(8)相對(duì)移動(dòng)時(shí)，根據(jù)檢測到來自上述長度測量單元(8)的檢測信號(hào)，使上述移動(dòng)單元(2)停止，對(duì)上述停止位置和任意檢測位置之間的過沖量進(jìn)行自動(dòng)校正；以及定位控制單元(11)，其存儲(chǔ)由上述控制單元自動(dòng)校正后的坐標(biāo)值，基于該基準(zhǔn)坐標(biāo)值進(jìn)行定位。
文檔編號(hào)G05B19/19GK101133371SQ200580046909
公開日2008年2月27日 申請日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月19日
發(fā)明者湯澤隆 申請人:三菱電機(jī)株式會(huì)社