專利名稱：測量機床中位置檢測誤差的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量在機床中提供的位置檢測器的位置檢測誤差的方法，
更特別地，涉及一種測量由于俯仰(pitch)、偏轉(yaw)和滾動(roll)引起 的機床的加工點附近的定位誤差的方法，以及還涉及使用由位置檢測誤差測量 方法獲得的誤差數(shù)據(jù)的位置檢測器的檢測數(shù)據(jù)的補償。
背景技術：
例如， 一種用于改善半導體制造設備的X-Y工作臺上使用的線性標尺的 位置檢測精度的現(xiàn)有技術包括在某時將X-Y工作臺的每個軸移動一定距離， 使用激光距離測量設備來測量移動的實際距離，計算指令的移動距離和實際的 移動距離之間的差值，以及使用獲得的差值數(shù)據(jù)來改善X-Y工作臺上使用的 線性標尺的位置檢測精度(JP03-175319A )。
與激光距離測量設備相比，線性標尺的絕對精度并不好。然而，與激光距 離測量設備相比，線性標尺的優(yōu)點是其測量極少受到周圍溫度和氣壓的變化的 影響。
例如DVD讀取鏡頭等的精密光學部件模具要求納米級別的非常高的空間 精度。為了將工件加工成精確的形狀，具有高的定位精度的計算機數(shù)值控制器 (CNC)機床是最佳的。然而，生產(chǎn)能夠以納米級別的絕對精度定位的CNC 機床是困難的。
此外，由于沿著X軸、Y軸和Z軸中的每一個的俯仰、偏轉和滾動，機 床中使用的滑塊容易傾斜。特別地，由于俯仰和滾動引起的傾斜的影響，與在 滑塊的低位置相比，在滑塊的高位置的距離變換具有高幾倍的誤差。
在當前的CNC機床中，位置檢測器和加工點是彼此分開的。因此，為了 最大可能程度地消除在加工點的每個軸的俯仰、偏轉和滾動(其不能由前述 CNC位置檢測器檢測)的影響以及獲得更精確的加工，期望使用具有極好的 測距精度的激光距離測量設備(例如，參見圖7)來測量加工點附近的移動。然而，因為激光震蕩波長隨著周圍環(huán)境的改變而波動，例如，隨著溫度和 氣壓的改變而波動，必須或者在這樣的環(huán)境改變小的位置，或者通過覆蓋激光 的光學路徑、使用激光測量光學路徑的附近的溫度和氣壓、并且將這些測量結 果實時地反饋給激光波長來進行這樣的測量。然而，在加工點的附近進行激光 測距的情況下，提供這樣的覆蓋是非常困難的。

發(fā)明內容
本發(fā)明通過使用線性標尺測量加工點附近的移動，并且基于測量的結果進
行裝配到CNC機床上的位置檢測器的補償以消除加工點附近的各個軸的俯 仰、偏轉和滾動的影響能夠提供更精確的加工，其中各個軸的俯仰、偏轉和滾 動沒有被提供在CNC機床上的位置檢測器檢測。
本發(fā)明的方法用于測量提供在機床的線性軸上的位置檢測器的位置檢測 誤差，該方法包括以下步驟使用激光距離測量設備來補償定位誤差測量線性 標尺的定位誤差；平行于機床的線性軸裝配已經(jīng)補償了定位誤差的所述定位誤 差測量線性標尺；以及將當驅動線性軸移動預定量時位置檢測器檢測的移動量 和所述定位誤差測量線性標尺測量的移動量之間的差值存儲為機床的位置檢 測器的誤差數(shù)據(jù)。
定位誤差測量線性標尺可以被裝配在機床的加工點附近。
位置檢測器可以包括線性標尺。
該方法進一步包括使用存儲的數(shù)據(jù)來補償位置檢測器的檢測數(shù)據(jù)的步驟。
通過將使用激光距離測量設備補償?shù)木€性標尺用作主標尺，可以使用在加 工點(即，在實際進行加工的高度)測得的值通過簡單的方法來補償在CNC 機床中使用的滑塊中出現(xiàn)的俯仰、偏轉和滾動方向上的傾斜的影響，能夠獲得 更精確的CNC機床定位精度。
此外，由于線性標尺是僅使用夾具簡單定位在CNC機床的加工點的附近， 當使用激光距離測量設備的情況下，不需要調整光軸等，使得本發(fā)明的位置檢 測誤差測量方法能夠應用在使用CNC機床的制造工廠、實驗室或其他位置。
此外，由于不需要調整光軸，可以通過連續(xù)將每個軸偏移(offset)預定 量來在CNC機床的加工區(qū)域的所有點容易地實現(xiàn)本發(fā)明的位置檢測誤差測量 方法，因此在使用CNC機床的制造工廠、實驗室或其他位置以小塊為單元實
現(xiàn)加工區(qū)域的全部點的位置^r測誤差測量。


圖1是其中執(zhí)行了本發(fā)明的一個實施例的的CNC機床的主要部件的透視
圖2是表示使用激光距離測量設備的誤差測量線性標尺誤差測量設備的 例子；
圖3是表示線性標尺誤差的例子的圖形； 圖4是表示使用線性標尺的機床X軸定位誤差測量的圖表； 圖5是表示機床位置檢測誤差的例子的圖形； 圖6表示機床存儲誤差測量線性標尺誤差補償數(shù)據(jù)的例子；和 圖7是表示使用激光距離測量設備的機床X軸定位誤差測量的圖表。
具體實施例方式
圖1是其中執(zhí)行了本發(fā)明的一個實施例的的CNC機床的主要部件的透視 圖，線性標尺裝配在機床上加工點的附近。
CNC機床上裝配有刀具6和工件5， X軸1和Z軸2作為兩個直線軸， 并且旋轉軸3裝配在Z軸2上。旋轉工作臺4裝配在旋轉軸3上。工件5可 拆卸地固定在旋轉工作臺4上的位置。刀具固定夾7可拆卸地裝配到X軸1 的滑塊8上，刀具6固定地裝配到刀具固定夾7上。在這種類型配置的機床中， 如上所述由于圍繞每個直線軸的俯仰、偏轉和滾動引起定位誤差。
圖2是表示誤差測量設備的例子，其設計用于改善裝配在CNC機床的加 工點附近的定位誤差測量線性標尺的絕對精度。當以納米標尺檢查時，可以是 光的、磁的或電的該線性標尺不具有和激光距離測量設備一樣好的絕對精度。 然而，與激光距離測量設備相比，線性標尺執(zhí)行的測量更少受到環(huán)境溫度和氣 壓改變的影響。由此，為了改善絕對精度，在已知溫度和氣壓很少變化的環(huán)境 中使用激光距離測量設備來補償線性標尺。
在圖2中，附圖標記11表示裝配在CNC機床上的線性標尺，作為誤差測 量線性標尺。作為一個正在討論的線性標尺的例子，可以使用由本申請人原來 申請的JP-2006-38839-A1中公開的線性標尺。線性標尺11固定裝配在未顯示 的機座(mounting)上。在線性標尺11上提供具有固定間距的傳動形式的測
量圖案(狹縫)lla。在測量頭IO上裝配有光接收元件，其用于檢測來自光發(fā) 射元件(未顯示)的光線。測量頭IO以在測量圖案lla的長度的延長方向上 可移動的形式被布置為反向及面向測量圖案lla。由測量頭IO檢測的測量圖 案lla的檢測信號被輸出至信號處理設備。
在上述結構中，測量頭10是移動的，將在線性標尺測量圖案lla要被補 償?shù)奈恢毛@得的檢測信號和來自激光干擾類型距離測量設備14的檢測信號相 比較，并且測量位置誤差。激光干擾類型距離測量設備14使用由測量頭10 上裝配的反射鏡12反射的激光光束來測量測量頭10和距離測量設備14之間 的距離。通過測量整個線性標尺11的位置誤差，獲得用于校正線性標尺的定 位精度的"位置誤差數(shù)據(jù)"，并且將這樣的"位置誤差數(shù)據(jù)，，存儲在存儲設備 中。
圖3表示當測量圖2所示的線性標尺11的整個100mm長度的誤差補償時 獲得的例子。線性標尺11 一次移動0.01mm，即，#^居線性標尺11的0.01mm。 每次使用激光距離測量設備來測量實際移動量。圖3所示的圖形的垂直軸表示 誤差，其等于線性標尺移動量減去由激光距離測量設備測量的移動量，以及水 平軸表示線性標尺的位置，產(chǎn)生了圖3所示的關系。這些測量是在激光距離測 量設備受周圍溫度和氣壓改變的影響很小的條件下進行的。
根據(jù)圖3所示的圖形，例如，在線性標尺中20mm的位置處的誤差為 -0.0023mm，以及因此當線性標尺從Omm移動到20mm時，移動的實際距離 是20111111-0.0023111111= 19.9977mm。因此，在期望停止在20.000mm的位置的情 況下，如果根據(jù)線性標尺停止在20.0024mm的位置，由于在20.0024mm的誤 差是-0.0024mm，線性標尺停止在20.0024-0.0024 = 20.000mm。
換句話說，如上所述的線性標尺的定位精度的補償涉及使用包括在那個位 置的線性標尺的位置誤差量的值作為實際位置。
圖4表示圖1所示的CNC機床，移除了工件5、刀具6和刀具固定夾7， 并具有可拆卸地裝配到旋轉工作臺4上的用于將測量頭10固定在位置上的讀 取頭固定夾9。此外，用于將誤差測量線性標尺11固定在位置上的線性標尺 固定夾16可拆卸地裝配在滑塊8上。通過這樣的布置，如圖4所示，誤差測 量線性標尺11可以平^f亍于CNC才幾床的X軸裝配，并且此外位于加工點的附 近。
誤差測量線性標尺11用作定位誤差測量標尺，用于測量安裝在CNC機床 上的位置檢測器的檢測誤差。通過將線性軸移動一定量而從機床的位置檢測器 獲得的移動量與從裝配在線性軸的定位誤差測量線性標尺讀取的移動量相比 較，兩個移動量之間的差值被存儲為機床的位置檢測器的誤差數(shù)據(jù)。測量CNC 機床的加工點附近的定位誤差，并且補償機床的絕對位置檢測精度。應該注意 到從誤差測量線性標尺讀取的移動量是由上述"位置誤差數(shù)據(jù)"補償?shù)牧俊?br> 隨后，例如，根據(jù)X軸位置檢測器，機床X軸一次移動0.01mm，并且每 次測量定位誤差測量線性標尺的移動量。在X軸的每個位置，記錄在那個位 置的誤差，換句話說，記錄X軸位置檢測器移動量減去定位誤差測量線性標 尺移動量，并且將其用作定位補償數(shù)據(jù)(圖5)。例如，當X軸移動到位置A'， 得出A'-A + m(其中m是位置A處的補償數(shù)據(jù))，使得如果根據(jù)X軸位置檢 測器X軸移動至A,可以通過誤差測量線性標尺來定位X軸。
此外，由于不需要調整光軸，通過在CNC機床的加工區(qū)域的所有點上在 X軸1和Z軸2的兩個方向上連續(xù)偏移預定量，可以將加工區(qū)域全部點劃分為 小塊的單元，并且可以測量位置^r測誤差。
當測量誤差測量線性標尺的誤差時，可以如下使用用作移動裝置的CNC 機床的滑塊提供固定夾，以誤差測量線性標尺的光軸和激光光束平行的方式 將誤差測量線性標尺和激光光束反射鏡鄰接裝配在CNC機床X軸的滑塊8上。 由于誤差測量線性標尺和激光光束反射鏡是相鄰布置的，在CNC機床中使用 的滑塊的俯仰、偏轉和滾動方向上的傾斜引起的誤差彼此抵消。通過這樣的布 置，不需要提供用于誤差測量線性標尺誤差測量的特殊移動設備。此外，由于 在X軸方向上進行誤差測量，在Y軸和Z軸方向上的誤差不必須使用Y軸和 Z軸方向的激光距離測量設備。
作為本發(fā)明的第三實施例，如圖6所示，如圖2所示的裝置獲得的用于誤 差測量線性標尺11的誤差補償?shù)臄?shù)據(jù)表被存儲在機床數(shù)值控制器中。當機床 操作者進行機床位置檢測器的誤差補償時，誤差測量線性標尺被裝配在機床 上，由此能夠自動生成機床位置檢測誤差補償表。
權利要求
1.一種測量提供在機床的線性軸上的位置檢測器的位置檢測誤差的方法，包括以下步驟使用激光距離測量設備來補償定位誤差測量線性標尺的定位誤差；平行于機床的線性軸裝配已經(jīng)補償了定位誤差的所述定位誤差測量線性標尺；以及將當驅動線性軸移動預定量時位置檢測器檢測的移動量和所述定位誤差測量線性標尺測量的移動量之間的差值存儲為機床的位置檢測器的誤差數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的測量提供在機床的線性軸上的位置檢測器的位 置檢測誤差的方法，其中所述定位誤差測量線性標尺被裝配在機床的加工點附 近。
3. 根據(jù)權利要求1所述的測量提供在機床的線性軸上的位置檢測器的位 置檢測誤差的方法，其中位置檢測器包括線性標尺。
4. 根據(jù)權利要求1所述的測量提供在機床的線性軸上的位置檢測器的位 置檢測誤差的方法，進一步包括使用存儲的誤差數(shù)據(jù)來補償位置檢測器的檢測 數(shù)據(jù)的步驟。
全文摘要
一種機床位置檢測誤差測量方法，其消除CNC機床加工點處的軸的俯仰、偏轉和滾動的影響，并且改善加工精度。該方法包括使用激光距離測量設備來補償定位誤差測量線性標尺的定位誤差的步驟，平行于機床的線性軸裝配補償了定位誤差的定位誤差測量線性標尺的步驟，以及比較通過將線性軸移動一定量而從位置檢測器獲得的移動量和從平行裝配到線性軸的定位誤差測量線性標尺讀取的移動量，并且將二者之間的差值存儲為用于機床的位置檢測器的誤差數(shù)據(jù)。
文檔編號G01C3/00GK101352817SQ20081013001
公開日2009年1月28日 申請日期2008年7月23日 優(yōu)先權日2007年7月25日
發(fā)明者小田隆之, 河合知彥, 蛯原建三 申請人:發(fā)那科株式會社