本公開(kāi)總體涉及用于確定表面上的點(diǎn)的位置的方法和系統(tǒng)，特別是用于確定加工系統(tǒng)中的工件的表面上的點(diǎn)。

背景技術(shù)：

1、在制造中，工件在加工系統(tǒng)中被加工，以制造完成的制品。完成的制品不能偏離其預(yù)期測(cè)量值太多，以便實(shí)現(xiàn)其功能。根據(jù)所制造的制品的類(lèi)型，允許制品偏離其預(yù)期測(cè)量值的程度（也稱(chēng)為公差）可能會(huì)有所不同。

2、制品在包含各種刀具的加工系統(tǒng)中加工。在已經(jīng)加工了制品之后，使用測(cè)量系統(tǒng)來(lái)確定其是否滿足在公差方面的要求。通常，需要更換刀具和/或需要將制品移至另一個(gè)地方，以便進(jìn)行測(cè)量。這既耗時(shí)又耗資源，尤其是在制品被確定為偏離所需公差太多并且需要進(jìn)一步加工才能完成的情況下。

3、將有益的是改進(jìn)當(dāng)前系統(tǒng)，以減少檢查加工系統(tǒng)中加工的制品所需的時(shí)間，以及在需要時(shí)在測(cè)量后執(zhí)行進(jìn)一步操作所需的時(shí)間。

4、因此，在加工系統(tǒng)方面需要改進(jìn)，特別是在測(cè)量和評(píng)估制品方面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決至少其中一些上述的問(wèn)題和事項(xiàng)。本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)目的是減少檢查被加工工件所需的時(shí)間。本發(fā)明實(shí)施例的另一目的是提高這種檢查的準(zhǔn)確性。

2、根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于確定加工系統(tǒng)中的工件的被加工表面上的點(diǎn)的位置的方法。所述加工系統(tǒng)包括：

3、-?機(jī)床；

4、-?切削刀具，其包括布置在機(jī)床上的刀具主體，并包括至少一個(gè)傳感器；和

5、-?控制系統(tǒng)，其適于控制和監(jiān)測(cè)刀具主體的位置。

6、該方法包括以下步驟：

7、-?用切削刀具加工所述工件；然后

8、-?使用包括刀具主體和第一端頭的測(cè)量工具來(lái)測(cè)量工件，其中測(cè)量工件包括：

9、-?在使用傳感器測(cè)量參數(shù)的同時(shí)，將測(cè)量工具朝向工件移動(dòng)（208），并且

10、-?基于控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的刀具主體的位置和傳感器測(cè)量到的參數(shù)的值，確定第一端頭的第一位置，在該第一位置，第一端頭觸及被加工表面上的點(diǎn)，從而指示被加工表面上的所述點(diǎn)的位置。

11、通過(guò)在加工后測(cè)量工件時(shí)也使用用于加工的配備有傳感器的相同的刀具主體，獲得了一種用于確定被加工表面上的點(diǎn)的位置的有效且準(zhǔn)確的方法。優(yōu)選地是，用于在加工之后測(cè)量工件的傳感器也可以用于在加工工藝中的測(cè)量。因此，根據(jù)本公開(kāi)，嵌入在刀具主體中的傳感器不僅可用于在加工過(guò)程中監(jiān)測(cè)與切削工藝相關(guān)的參數(shù)（諸如偏轉(zhuǎn)），還可以用于在加工之后測(cè)量工件。

12、通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的方法，可以測(cè)量工件，而不需要使用單獨(dú)的專(zhuān)用測(cè)量探頭，或者不需要將工件移動(dòng)到單獨(dú)的機(jī)器（例如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)）進(jìn)行檢查。由于也使用與加工所述表面時(shí)相同的刀具主體進(jìn)行測(cè)量，因此提高了精度。

13、對(duì)工件的加工是指一種切削工藝，在該切削工藝中，切削刀具和工件在它們之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)期間接合，使得切削刀具的切削刃從工件的表面切掉材料。

14、如前所述，傳感器也可以用于加工期間的測(cè)量。然而，如本公開(kāi)中限定的是，測(cè)量工件的步驟是在加工之后進(jìn)行的，即當(dāng)測(cè)量工具和工件之間沒(méi)有相對(duì)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)時(shí)進(jìn)行。

15、與常規(guī)測(cè)量探頭相比，切削刀具的主體是剛性的，因此對(duì)振動(dòng)和其它干擾不敏感。因此，例如，如果測(cè)量在被加工的孔的深處的內(nèi)表面，則常規(guī)測(cè)量探頭可能沒(méi)有足夠的剛度，而切削刀具本身由于能夠加工孔，因此具有提供可靠測(cè)量所需的剛度。

16、啟動(dòng)和停止刀具主體的移動(dòng)，即切削刀具和測(cè)量刀具的移動(dòng)，是通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。

17、機(jī)床可以是計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)化數(shù)控（cnc）機(jī)床，特別是可用于車(chē)削操作的機(jī)床，諸如cnc車(chē)床、多任務(wù)機(jī)床、車(chē)銑床或滑動(dòng)頭機(jī)床。加工可以是內(nèi)部車(chē)削工藝，在該工藝中，從工件的內(nèi)表面（例如旋轉(zhuǎn)工件的孔內(nèi)）去除材料。內(nèi)部車(chē)削有時(shí)也稱(chēng)為鏜孔。還設(shè)想的是，該方法可以與其它加工操作（諸如銑削）結(jié)合使用。

18、如本文所用，當(dāng)提到“端頭”時(shí)，這是指測(cè)量工具的一部分的旨在接合工件的點(diǎn)，即當(dāng)該測(cè)量工具朝向表面上的點(diǎn)移動(dòng)以測(cè)量工件時(shí)，測(cè)量工具的在其移動(dòng)方向上的最遠(yuǎn)端的點(diǎn)。換句話說(shuō)，端頭是當(dāng)測(cè)量工具朝向表面移動(dòng)以測(cè)量工件時(shí)，測(cè)量工具首先與所述表面上的所述點(diǎn)接觸的點(diǎn)。

19、端頭可以位于布置在刀具主體的端部處的頭部處。

20、機(jī)器接口可以布置在刀具主體的與布置有所述頭部的端部相對(duì)置的端部處，以方便將刀具主體布置在機(jī)床上。

21、優(yōu)選地是，在測(cè)量工件期間連續(xù)或間歇地測(cè)量參數(shù)。

22、根據(jù)一些實(shí)施例，確定該測(cè)量工具的第一端頭的第一位置包括：

23、-?基于參數(shù)的測(cè)量到的值，檢測(cè)第一端頭與工件的被加工表面上的點(diǎn)的接觸；

24、-?停止測(cè)量工具的移動(dòng)；

25、-?基于由控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的刀具主體的位置，獲得第一端頭的位置；

26、-?基于參數(shù)的測(cè)量到的值，確定測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)；以及

27、-?基于所確定的偏轉(zhuǎn)和所獲得的端頭的位置，確定端頭的第一位置。

28、通過(guò)確定由于端頭與工件的被加工表面接觸而引起的測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)，可以準(zhǔn)確地確定被加工表面上的點(diǎn)的位置。這是通過(guò)使用所確定的測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到和獲得的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，可以通過(guò)基于所確定的偏轉(zhuǎn)補(bǔ)償由控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的所獲得的位置，確定被加工表面上的點(diǎn)的位置。

29、對(duì)于測(cè)量工具的非偏轉(zhuǎn)狀態(tài)，由測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)引起的刀具主體上的點(diǎn)的位移顯然將取決于該點(diǎn)沿著測(cè)量工具的縱向延伸的位置。然而，如本文所用的是，測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)的量應(yīng)理解為測(cè)量工具的端頭相對(duì)于其在沒(méi)有測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)的情況下將具有的位置的位移。

30、優(yōu)選地是，在測(cè)量工件期間連續(xù)或間歇地測(cè)量參數(shù)，并且至少直至該測(cè)量工具的移動(dòng)已經(jīng)停止，使得可以基于測(cè)量工具處于停止位置時(shí)所測(cè)量到的參數(shù)的值來(lái)確定測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)。

31、根據(jù)一些實(shí)施例，工件的被加工表面上的點(diǎn)是孔的內(nèi)周界上的點(diǎn)。

32、如本文所用，當(dāng)提到工件時(shí)，“孔”應(yīng)理解為一種空腔，其在垂直于孔的延伸截取的任何橫截面中具有圓形形狀或基本圓形形狀，但不一定具有恒定的直徑。換句話說(shuō)，該孔可以是圓柱形的，或者例如包括具有不同直徑的多個(gè)區(qū)段。

33、根據(jù)一些實(shí)施例，切削刀具包括切削頭部，該切削頭部包括用于加工該工件的切削刃。

34、切削頭部可以是切削刀具的一體部分，即與刀具主體的端部一體形成或不可拆卸地安裝在刀具主體的端部。替代性地是，切削頭部是可拆卸地布置在刀具主體的端部處的部件，使得可以更換切削頭部，并且可以選擇性地將不同的頭部與刀具主體一起使用。

35、切削刃可以與切削頭部一體形成，或者切削刃可以是可拆卸地布置在切削頭處的刀片座中的可更換切削刀片的部分。

36、根據(jù)一些實(shí)施例，測(cè)量工具與切削刀具相同，并且第一端頭位于切削刀具的切削刃上。因此，在這樣的實(shí)施例中，端頭是指切削刃上的點(diǎn)，即當(dāng)測(cè)量工具（在這些實(shí)施例中，該測(cè)量工具對(duì)應(yīng)于切削刀具）朝向表面移動(dòng)以測(cè)量工件時(shí)，切削刃的該點(diǎn)首先與表面上的點(diǎn)接觸。

37、根據(jù)其它實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括在已經(jīng)加工工件之后并且在測(cè)量工件之前，將探測(cè)頭附接到刀具主體，使得測(cè)量工具包括刀具主體和探測(cè)頭，并且其中第一端頭位于探測(cè)頭上。因此，可以使用專(zhuān)門(mén)適于探測(cè)的端頭，同時(shí)仍然使用相同的刀具主體和傳感器進(jìn)行測(cè)量。該方法可以包括首先從刀具主體移除在加工工件時(shí)使用的切削頭部，并且然后將探測(cè)頭附接到切削頭部的位置。換句話說(shuō)，探測(cè)頭可以替換切削頭部。由于僅移除切削頭部并將探測(cè)頭附接到切削頭部的位置，因此在測(cè)量工件的步驟期間，測(cè)量工具包括與用于加工時(shí)的刀具主體相同的刀具主體。

38、根據(jù)一些實(shí)施例，工件的被加工表面上的點(diǎn)是工件中的孔的內(nèi)周界上沿該孔的延伸位于第一位置處的第一點(diǎn)，并且其中測(cè)量工具進(jìn)一步包括位于距第一端頭已知距離處的第二端頭，其中第一端頭和第二端頭被布置成分別面向被加工表面上的第一點(diǎn)和第二點(diǎn)，其中第二點(diǎn)定位成在孔的內(nèi)徑上與第一點(diǎn)相對(duì)置，并且測(cè)量所述工件的步驟進(jìn)一步包括：

39、-?基于控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的刀具主體的位置，并基于傳感器測(cè)量到的參數(shù)的值，確定第一端頭的第二位置，在該第二位置中，第二端頭觸及第二點(diǎn)；以及

40、-?基于所確定的第一端頭的第一位置和第二位置以及第一端頭和第二端頭之間的已知距離，確定孔的內(nèi)徑。

41、如本文所指的是，孔的延伸應(yīng)理解為沿著孔軸線的縱向延伸，對(duì)于布置在車(chē)床或其它適合車(chē)削的機(jī)床上的工件，該延伸對(duì)應(yīng)于主軸軸線，即工件的旋轉(zhuǎn)軸線。因此，被加工表面上的第一點(diǎn)和第二點(diǎn)是孔的內(nèi)周界上的在沿孔軸線的第一位置處的點(diǎn)。

42、關(guān)于探測(cè)頭，第一端頭和第二端頭可以是在圍繞探測(cè)頭的周邊延伸的邊沿（例如盤(pán)狀或環(huán)形的邊沿）上的在直徑方向上相對(duì)置的兩個(gè)點(diǎn)。替代性地是，兩個(gè)端頭可以是位于探測(cè)頭的周邊的相對(duì)置兩側(cè)上的獨(dú)立的不同的突起部。因此，本文中關(guān)于探測(cè)頭使用的端頭應(yīng)理解為：當(dāng)測(cè)量工具用于測(cè)量工件時(shí)，該探測(cè)頭上的首先與被測(cè)表面接觸的點(diǎn)。

43、可以通過(guò)將第一端頭和第二端頭之間的已知距離與第一端頭的第一位置和第二位置之間的差相加，確定孔的內(nèi)徑。

44、因此，由于將兩個(gè)確定位置之間的差用作確定內(nèi)徑的基礎(chǔ)，因此該確定對(duì)基于控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的刀具主體的位置而獲得的第一端頭的位置上的任何誤差都不敏感，并且可以容易且準(zhǔn)確地確定被加工的孔的內(nèi)徑。

45、為了確定第一端頭的第二位置，可以使用與確定第一端頭的第一位置時(shí)的方法類(lèi)似的方法。因此，確定第一端頭的第二位置的步驟可以包括：

46、-?將測(cè)量工具朝向第二點(diǎn)移動(dòng)；

47、-?基于參數(shù)的測(cè)量到的值，檢測(cè)第二端頭與第二點(diǎn)的接觸；

48、-?停止測(cè)量工具的移動(dòng)；

49、-?基于控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的刀具主體的位置，獲得第一端頭的位置；

50、-?基于參數(shù)的測(cè)量到的值，確定測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)；以及

51、-?基于所確定的偏轉(zhuǎn)和所獲得的第一端頭的位置，確定第一端頭的第二位置。

52、根據(jù)一些實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括重復(fù)測(cè)量所述工件并確定孔的直徑的步驟，但是在沿著工件中的孔的延伸與第一位置間隔開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)附加位置處針對(duì)所述孔的內(nèi)周界進(jìn)行，并且然后基于在第一位置和所述一個(gè)或多個(gè)附加位置處確定的直徑，確定所述孔的與圓柱形狀的偏差。

53、當(dāng)在工件中加工圓柱形孔時(shí)，所得的孔有時(shí)可能呈略微錐形，例如朝向孔的最內(nèi)側(cè)端部逐漸變細(xì)，或者所加工的孔可能會(huì)以其它方式偏離所需的圓柱形狀。通過(guò)在沿著孔的延伸的一個(gè)或多個(gè)附加位置處重復(fù)對(duì)內(nèi)徑的測(cè)量，可以確定與圓柱形狀的偏差的量度。作為一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如果假設(shè)沿著孔的延伸的直徑呈線性且均勻變化，則在兩個(gè)不同位置處的測(cè)量值可以提供孔的錐度的粗略估計(jì)。如果預(yù)計(jì)被加工的孔與所需的圓柱形狀有更復(fù)雜的偏差，則優(yōu)選地是，應(yīng)在沿著所述孔的其它位置處重復(fù)該測(cè)量。

54、代替使用具有兩個(gè)端頭的探測(cè)頭來(lái)測(cè)量孔的直徑，還可以設(shè)想，除了切削刃上的端頭之外，還可以使用具有附加端頭的切削頭部來(lái)以對(duì)應(yīng)的方式確定直徑。因此，如果將工件的被加工表面上的點(diǎn)視為工件中的孔的內(nèi)周界上的沿著孔的延伸的第一位置處的第一點(diǎn)，并且將位于切削刃上的端頭視為第一端頭，則該切削頭部可以包括位于距第一端頭已知距離處的第二端頭，其中，第一端頭和第二端頭分別布置成面向被加工表面上的第一點(diǎn)和第二點(diǎn)，并且其中，第二點(diǎn)被定位成在孔的內(nèi)徑上與第一點(diǎn)相對(duì)置，并且測(cè)量該工件的步驟還包括：

55、-?基于由控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的刀具主體的位置和由傳感器測(cè)量到的參數(shù)的值，確定第一端頭的第二位置，在該第二位置中，第二端頭觸及第二點(diǎn)；以及

56、-?基于所確定的第一端頭的第一位置和第二位置以及第一端頭和第二端頭之間的已知距離，確定孔的內(nèi)徑。

57、如果測(cè)量工具和端頭沒(méi)有在機(jī)床坐標(biāo)系中的已知位置中完美對(duì)齊，即未相對(duì)于機(jī)床的零參考點(diǎn)完美對(duì)齊，則可以通過(guò)首先校準(zhǔn)加工系統(tǒng)來(lái)更準(zhǔn)確地確定被加工表面的點(diǎn)的位置。

58、因此，根據(jù)一些實(shí)施例，在加工和測(cè)量工件的步驟之前，可以進(jìn)行以下步驟：

59、-?將測(cè)量工具朝向具有已知空間位置的參考點(diǎn)移動(dòng)，

60、-?根據(jù)控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的刀具主體的位置和傳感器測(cè)量到的參數(shù)的值，確定第一端頭的參考位置，在該參考位置，第一端頭觸及參考點(diǎn)，

61、-?根據(jù)已知空間位置和所確定的第一端頭的參考位置，確定偏移誤差；以及

62、-?根據(jù)所確定的偏移誤差，校準(zhǔn)所述加工系統(tǒng)。

63、所確定的第一端頭的參考位置與參考點(diǎn)的真實(shí)的已知空間位置之間的任何偏差都是加工系統(tǒng)中的偏移誤差的結(jié)果。因此，如果將所確定的第一端頭的參考位置與參考點(diǎn)的已知空間位置進(jìn)行比較，則可以容易地從中確定偏移誤差，并將其用于校準(zhǔn)加工系統(tǒng)。因此，加工系統(tǒng)基于所確定的偏移誤差而被校準(zhǔn)，從而隨后由控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的刀具主體和第一端頭的位置考慮該偏移誤差。

64、因此，由于基于由控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的刀具主體的位置而獲得的第一端頭的位置考慮了偏移誤差，故而用于確定工件的被加工表面上的點(diǎn)的位置的隨后測(cè)量更準(zhǔn)確。

65、例如，這種偏移誤差可能是由與刀具主體與機(jī)床的聯(lián)接、頭部與刀具主體之間的接口或切削頭部與切削刀片之間的接口相關(guān)的隨機(jī)偏差引起的。例如，由于溫度變化，也可能出現(xiàn)偏移誤差。

66、偏移誤差可以定義為所確定的第一端頭的參考位置（在該第一參考位置中，第一端頭觸及參考點(diǎn)）與參考點(diǎn)的已知空間位置之間的差異。

67、如果沒(méi)有另行說(shuō)明，則本文使用的“偏移”或“偏移誤差”有時(shí)也分別稱(chēng)為“徑向偏移”和“徑向偏移誤差”（以區(qū)別于其它類(lèi)型的偏移，諸如軸向偏移），其是在測(cè)量工具確定被加工表面上的點(diǎn)的位置時(shí)在測(cè)量工具所經(jīng)歷的移動(dòng)的方向上測(cè)量得到的，對(duì)于車(chē)削操作，該移動(dòng)的方向可能對(duì)應(yīng)于相對(duì)于被加工的工件的旋轉(zhuǎn)軸線的徑向方向，更準(zhǔn)確地說(shuō)，根據(jù)傳統(tǒng)車(chē)床的坐標(biāo)系，對(duì)應(yīng)于x軸。該偏移可以指當(dāng)?shù)谝欢祟^位于參考位置時(shí)，在所述方向上從機(jī)床的零參考點(diǎn)到刀具主體被安裝到機(jī)床所處的接口的參考點(diǎn)的距離。因此，根據(jù)所使用的加工系統(tǒng)，校準(zhǔn)前的偏移可以由一定距離定義，該距離優(yōu)選地是存儲(chǔ)在加工系統(tǒng)中，該距離在控制和監(jiān)測(cè)刀具主體的在x軸方向上的位置（以及因此還有切削刀具和測(cè)量工具的位置）時(shí)使用。然后，可以將根據(jù)本發(fā)明確定的偏移誤差添加到該先前存儲(chǔ)起來(lái)的偏移中，從而獲得更新的或經(jīng)校準(zhǔn)的偏移。因此，該校準(zhǔn)于是可以對(duì)應(yīng)于將該更新的偏移和/或偏移誤差存儲(chǔ)在加工系統(tǒng)中，以便在隨后控制和監(jiān)測(cè)刀具主體的位置時(shí)使用。

68、偏移和/或偏移誤差可以存儲(chǔ)在作為控制系統(tǒng)的一部分或與控制系統(tǒng)通信聯(lián)接的存儲(chǔ)器或其它存儲(chǔ)介質(zhì)上，并且可以在控制和監(jiān)測(cè)刀具主體的位置的過(guò)程中由控制系統(tǒng)從存儲(chǔ)器或其它存儲(chǔ)介質(zhì)中檢索出來(lái)和使用。

69、確定第一端頭的參考位置（在參考位置中，第一端頭觸及參考點(diǎn)）的一種方法是使用與確定工件的被加工表面上的點(diǎn)的位置時(shí)的方法類(lèi)似的方法，如前所述的那樣。因此，確定第一端頭的參考位置（在該參考位置，第一端頭觸及該參考點(diǎn)）的方法可以包括以下步驟：

70、-?基于參數(shù)的測(cè)量到的值，檢測(cè)第一端頭與參考點(diǎn)的接觸，

71、-?停止測(cè)量工具的移動(dòng)，

72、-?基于控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的刀具主體的位置，獲得第一端頭的位置，

73、-?基于該參數(shù)的測(cè)量到的值，確定測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)，以及

74、-?基于所確定的偏轉(zhuǎn)和所獲得的第一端頭的位置，確定第一端頭的參考位置。

75、確定偏移誤差的方法要求已知參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的真實(shí)空間位置。參考點(diǎn)可以位于一表面上，該表面不是工件的部分，而是布置在相對(duì)于機(jī)床的固定已知位置處，并且定位成使得測(cè)量工具可以朝向該參考點(diǎn)移動(dòng)。

76、根據(jù)其它實(shí)施例，參考點(diǎn)是待加工的工件中的孔的內(nèi)周界上的點(diǎn)，并且其中該參考點(diǎn)的空間位置是在利用測(cè)量工具的探測(cè)過(guò)程中確定的，該測(cè)量工具包括第一端頭和第二端頭，該第一端頭和第二端頭之間具有已知距離，其中探測(cè)過(guò)程包括：

77、-?布置測(cè)量工具，使得第一端頭和第二端頭被布置成分別面向孔的內(nèi)周界上的參考點(diǎn)和輔助點(diǎn)，其中輔助點(diǎn)定位成在孔的內(nèi)徑上與參考點(diǎn)相對(duì)置；

78、-?通過(guò)確定第一端頭的參考位置（在該參考位置中，第一端頭觸及參考點(diǎn)）以及確定第一端頭的輔助位置（在該輔助位置中，第二端頭觸及輔助點(diǎn)），來(lái)測(cè)量工件；以及

79、-?根據(jù)所確定的第一端頭的參考位置和輔助位置以及第一端頭和第二端頭之間的已知距離，確定參考點(diǎn)的空間位置。

80、參照利用探測(cè)頭進(jìn)行這種探測(cè)過(guò)程的實(shí)施例，測(cè)量工具包括與用于加工的刀具主體相同的刀具主體，但具有探測(cè)頭，在這種情況下，該探測(cè)頭具有第一端頭和第二端頭，該探測(cè)頭（而不是切削頭部）附接在刀具主體的端部處。

81、優(yōu)選地是，用于確定參考點(diǎn)的空間位置的這種探測(cè)頭是與也可用于在加工后測(cè)量工件和確定孔的直徑的探測(cè)頭相同的探測(cè)頭。

82、可以通過(guò)將第一端頭和第二端頭之間的已知距離添加到參考位置和輔助位置之間的差來(lái)確定孔的直徑。假設(shè)該孔相對(duì)于主軸的中心軸線居中，并且該主軸的中心軸線在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置是明確的，則該孔的半徑（即所確定的直徑除以二）反映了參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中沿著測(cè)量工件時(shí)探測(cè)頭的移動(dòng)的方向的空間位置。

83、為了確定第一端頭的參考位置和輔助位置，可以使用與確定工件的被加工表面上的點(diǎn)的位置時(shí)的方法類(lèi)似的方法。因此，確定參考位置的步驟可以包括：

84、-?將測(cè)量工具朝向參考點(diǎn)移動(dòng)；

85、-?基于該參數(shù)的測(cè)量到的值，檢測(cè)第一端頭與參考點(diǎn)的接觸；

86、-?停止測(cè)量工具的移動(dòng)；

87、-?基于控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的刀具主體的位置，獲得第一端頭的位置；

88、-?基于參數(shù)的測(cè)量到的值，確定測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)；以及

89、-?基于所確定的偏轉(zhuǎn)和所獲得的第一端頭的位置，確定參考位置。

90、以類(lèi)似的方式，確定輔助位置的步驟可以包括：

91、-?將測(cè)量工具朝向輔助點(diǎn)移動(dòng)；

92、-?基于參數(shù)的測(cè)量到的值，檢測(cè)第二端頭與輔助點(diǎn)的接觸；

93、-?停止測(cè)量工具的移動(dòng)；

94、-?基于控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的刀具主體的位置，獲得第一端頭的位置；

95、-?基于參數(shù)的測(cè)量值，確定該測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)；以及

96、-?基于所確定的偏轉(zhuǎn)和所獲得的第一端頭的位置，確定輔助位置。

97、當(dāng)將包括預(yù)成型的圓形孔的新的工件安裝到機(jī)床主軸上時(shí)，這種孔可能并不總是與主軸的中心軸線完美對(duì)齊，并且該孔可能并不總是完美的圓柱形。因此，根據(jù)一些實(shí)施例，在探測(cè)過(guò)程之前可以進(jìn)行加工步驟，在該加工步驟中，對(duì)該孔的內(nèi)表面進(jìn)行加工。這樣，隨后進(jìn)行探測(cè)過(guò)程的孔將具有圓形橫截面，并且將相對(duì)于主軸的中心軸線居中。因此，使用該探測(cè)過(guò)程所確定的孔的半徑將高精度地反映參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中沿著在測(cè)量該工件時(shí)測(cè)量工具的移動(dòng)的方向的真實(shí)空間位置。

98、一些機(jī)床可能具有專(zhuān)用探測(cè)表面，該探測(cè)表面被布置為機(jī)床的固有部分，如上所述，該探測(cè)表面可以移動(dòng)到起作用位置，以便用作校準(zhǔn)加工系統(tǒng)時(shí)的參考點(diǎn)。然而，與上述過(guò)程類(lèi)似，首先對(duì)工件中的孔進(jìn)行探測(cè)過(guò)程，并使用這種探測(cè)過(guò)程的結(jié)果來(lái)確認(rèn)或更新該探測(cè)表面的真實(shí)空間位置，這可能仍然是有益的。因此，作為示例，使用包括如上所述的探測(cè)頭的測(cè)量工具所確定的孔的半徑與所確定的第一端頭的參考位置之間的差可以被視為加工系統(tǒng)的當(dāng)前偏移誤差。如果此后使用仍然配備有探測(cè)頭的測(cè)量工具來(lái)測(cè)量該探測(cè)表面上的參考點(diǎn)的位置，則可以通過(guò)在觸及該參考點(diǎn)時(shí)將所述偏移誤差添加到所確定的端頭的位置來(lái)簡(jiǎn)單地確定該參考點(diǎn)的真實(shí)空間位置。此后，在任何后續(xù)校準(zhǔn)中，該探測(cè)表面都可以用作參考點(diǎn)，例如在測(cè)量工具對(duì)應(yīng)于切削刀具時(shí)進(jìn)行的后續(xù)校準(zhǔn)中，即：其中刀具主體配備有切削頭部而不是探測(cè)頭，并且第一端頭位于切削刃上。

99、根據(jù)一些實(shí)施例，測(cè)量到的參數(shù)是應(yīng)變，即布置在刀具主體處的傳感器是應(yīng)變傳感器。

100、應(yīng)變可以使用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的傳感器輕松地測(cè)量得到，并且可以用于確定測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)以及確定端頭與工件接觸。

101、根據(jù)一些實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括在檢測(cè)到端頭與工件的被加工表面上的點(diǎn)接觸時(shí)，基于所測(cè)量到的參數(shù)，確定測(cè)量工具的施加力。例如，可以基于在刀具主體處測(cè)量到的應(yīng)變來(lái)確定施加力，并且需要還確定所測(cè)量到的應(yīng)變與測(cè)量工具的施加力之間的關(guān)系。

102、根據(jù)一些實(shí)施例，所測(cè)量到的應(yīng)變與施加力之間的關(guān)系可以在單獨(dú)的程序中預(yù)先確定，例如，在如下這樣的程序中預(yù)先確定，在該程序中，該測(cè)量工具受到已知力，并測(cè)量由此產(chǎn)生的應(yīng)變，并且將表征該關(guān)系的系數(shù)定義為所測(cè)量到的應(yīng)變除以已知力。該系數(shù)可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器或其它存儲(chǔ)介質(zhì)中，可以從存儲(chǔ)器和其它存儲(chǔ)介質(zhì)中檢索出該系數(shù)并將其用于在執(zhí)行該方法時(shí)確定施加力。

103、通過(guò)檢測(cè)到施加力，可以檢測(cè)端頭壓靠在工件表面上的牢固度。如果施加的力過(guò)高，則端頭可能會(huì)損壞表面，特別是如果使用切削頭部而不是探測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量的話，即：如果端頭位于切削刃上。另一方面，如果施加的力過(guò)低，則可能難以獲得不受加工系統(tǒng)中的噪聲和振動(dòng)不利影響的精確測(cè)量值。

104、因此，根據(jù)一些實(shí)施例，檢測(cè)第一端頭與工件的被加工表面上的點(diǎn)接觸的步驟和/或停止測(cè)量工具移動(dòng)的步驟包括：繼續(xù)將測(cè)量工具朝向工件移動(dòng)，直至確定該測(cè)量工具的預(yù)定量的施加力，然后停止移動(dòng)。該預(yù)定量的施加力可以對(duì)應(yīng)于閾值，在該閾值處，認(rèn)為檢測(cè)到第一端頭與被加工表面上的點(diǎn)之間的接觸。還可能的是，第一端頭與被加工表面上的點(diǎn)之間的接觸也可能已經(jīng)在較小幅值的施加力的情況下實(shí)際上被檢測(cè)到，或者至少是能夠檢測(cè)到的，但是該測(cè)量工具仍然進(jìn)一步朝向工件移動(dòng)，直至確定該預(yù)定量的施加力，以便獲得對(duì)振動(dòng)和其它干擾不太敏感的穩(wěn)定測(cè)量值。

105、該預(yù)定量的施加力應(yīng)足夠得大，使得消除或至少減少機(jī)床振動(dòng)和信號(hào)噪聲的影響。在刀具主體較長(zhǎng)時(shí)，即當(dāng)端頭與刀具主體安裝到機(jī)床上所處的位置之間的距離較大時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要。例如，在加工和測(cè)量在工件中加工出來(lái)的深孔的內(nèi)徑時(shí)，通常將需要這種長(zhǎng)的刀具主體。然而，該預(yù)定量的施加力不應(yīng)太大，以免該端頭壓靠在工件的表面上時(shí)損壞該工件的表面。通過(guò)選擇合適的預(yù)定量的施加力，從控制系統(tǒng)獲得的第一端頭的位置將表示該端頭牢固地壓靠在表面上以獲得穩(wěn)定的測(cè)量值但又不損壞該表面所處的位置。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可以基于所用的刀具主體的特性來(lái)選擇該預(yù)定量的施加力。根據(jù)一些實(shí)施例，該預(yù)定量的施加力可以在5n-100n的范圍內(nèi)，諸如例如在10n-50n的范圍內(nèi)，或在15n-30n的范圍內(nèi)。作為示例，該預(yù)定量的施加力可以是20n，或是基本上20n，這可能適合用于直徑為60mm且長(zhǎng)度為720mm的刀具主體。在5n-100n范圍內(nèi)的預(yù)定量的施加力可能適合用于直徑為40mm-100m且長(zhǎng)度為直徑的8-16倍的刀具主體，并且也可以適合用于其它尺寸。對(duì)于非常大（即剛性）的刀具，使用甚至大于100?n的預(yù)定量的施加力可能是有益的。

106、如所討論的是，預(yù)定量的施加力可以表示向控制系統(tǒng)發(fā)送停止命令的閾值。根據(jù)在該系統(tǒng)中的延遲，該測(cè)量工具可能會(huì)在實(shí)際停止之前繼續(xù)移動(dòng)一小段距離，之后，從該控制系統(tǒng)獲得端頭的最終位置。因此，預(yù)定量的施加力不一定代表該測(cè)量工具已經(jīng)停止時(shí)的實(shí)際的施加力。因此，該測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)不一定對(duì)應(yīng)于該預(yù)定量的施加力，而是在測(cè)量工具實(shí)際已經(jīng)停止時(shí)確定的，使得該測(cè)量工具的真實(shí)偏轉(zhuǎn)被用作確定表面上的點(diǎn)的位置的基礎(chǔ)。

107、根據(jù)一些實(shí)施例，測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)是基于測(cè)量工具處的所測(cè)量到的應(yīng)變來(lái)確定的，并且需要還確定所測(cè)量到的應(yīng)變和測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)之間的關(guān)系。

108、如上所述，布置在刀具主體處的傳感器可以是應(yīng)變傳感器，并且可以由此測(cè)量在測(cè)量工具處的應(yīng)變。所測(cè)量到的應(yīng)變與測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)之間的關(guān)系可在單獨(dú)的程序中預(yù)先確定，例如，在該如下的程序預(yù)先確定中，在該程序中，測(cè)量工具偏轉(zhuǎn)已知距離，測(cè)量所產(chǎn)生的應(yīng)變，并將表征該關(guān)系的系數(shù)定義為所測(cè)量到的應(yīng)變除以已知偏轉(zhuǎn)距離。該系數(shù)可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器或其它存儲(chǔ)介質(zhì)上，可以從存儲(chǔ)器或其它存儲(chǔ)介質(zhì)中檢索出該系數(shù)并將其用于基于所測(cè)量到的應(yīng)變確定該測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)。應(yīng)變與偏轉(zhuǎn)之間的關(guān)系不僅可能取決于特定的刀具主體，而且還可能取決于加工系統(tǒng)的各種其它參數(shù)。因此，每次將刀具主體安裝在新的機(jī)器中時(shí)，都可以確定所測(cè)量到的應(yīng)變與偏轉(zhuǎn)之間的特定關(guān)系。

109、如上所述，根據(jù)一些實(shí)施例，確定測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)和/或施加力的步驟可以包括測(cè)量該測(cè)量工具處的應(yīng)變。但是，還設(shè)想的是，該方法中使用的一些參數(shù)也可通過(guò)其它手段確定。例如，可以使用光學(xué)傳感器測(cè)量該測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)。

110、可以測(cè)量相對(duì)于測(cè)量工具在各個(gè)方向上的應(yīng)變、偏轉(zhuǎn)和/或力，例如在使用布置在刀具主體上的多個(gè)不同取向的應(yīng)變傳感器時(shí)。但是，如果沒(méi)有明確說(shuō)明，則本文中對(duì)應(yīng)變、偏轉(zhuǎn)和/或力的任何引用均涉及到測(cè)量工件時(shí)測(cè)量工具朝向工件的移動(dòng)的方向上的這些參數(shù)。因此，作為示例，當(dāng)確定孔的內(nèi)周界上的點(diǎn)的位置時(shí)，所確定的偏轉(zhuǎn)是指相對(duì)于孔在徑向方向上偏轉(zhuǎn)，更準(zhǔn)確地說(shuō)，是指測(cè)量工具在測(cè)量工件時(shí)沿著移動(dòng)的徑向方向上的偏轉(zhuǎn)。

111、如果切削刃是布置在切削頭部上的可更換切削刀片的部分，則這種切削刀片可能會(huì)因加工而磨損，并且可能需要定期更換。因此，當(dāng)更換切削刀片時(shí)，可以簡(jiǎn)單地通過(guò)基于以下假設(shè)確定新的偏移來(lái)重新校準(zhǔn)加工系統(tǒng)，即：假設(shè)工件的（使用舊的切削刀片）最近被加工和測(cè)量的表面上的點(diǎn)表示具有已知空間位置的參考點(diǎn)。

112、相應(yīng)地是，如果用新的待加工工件替換已被加工的工件，但不更換刀具主體、切削頭部或切削刀片，則先前使用的偏移仍然有效，并且切削刀具既可以用于加工也可用于測(cè)量新的工件兩者，而無(wú)需新的探測(cè)過(guò)程。

113、然而，可能仍然有益的是重新校準(zhǔn)加工系統(tǒng)和/或定期重復(fù)探測(cè)過(guò)程，以確保加工系統(tǒng)得到良好校準(zhǔn)。

114、根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種加工系統(tǒng)，其能夠操作用于確定工件的被加工表面上的點(diǎn)的位置，該加工系統(tǒng)包括：

115、-?機(jī)床；

116、-?切削刀具，其包括刀具主體，該刀具主體被布置在機(jī)床上并且包括至少一個(gè)傳感器；和

117、-?控制系統(tǒng)，其用于控制和監(jiān)測(cè)該刀具主體的位置；

118、其中，加工系統(tǒng)被配置用以執(zhí)行根據(jù)本文描述的任何方法步驟的方法。

119、加工系統(tǒng)優(yōu)選地是包括處理電路和存儲(chǔ)介質(zhì)，諸如存儲(chǔ)器。

120、該處理電路和存儲(chǔ)介質(zhì)可以是機(jī)床和控制系統(tǒng)的一體部分，或者與機(jī)床和控制系統(tǒng)結(jié)合布置。代替地是，該處理電路和/或存儲(chǔ)介質(zhì)可以位于遠(yuǎn)離機(jī)床和控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)或服務(wù)器中，但例如經(jīng)由通信接口通信地聯(lián)接到控制系統(tǒng)，使得例如可以將控制系統(tǒng)要執(zhí)行的控制指令（例如用于停止測(cè)量工具的移動(dòng)）發(fā)送到控制系統(tǒng)，或者可以接收和傳輸執(zhí)行該方法所需的系數(shù)和傳感器數(shù)據(jù)。因此，處理電路可以配置用以執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)程序，并觸發(fā)要執(zhí)行的方法的至少其中一些步驟。該存儲(chǔ)介質(zhì)還可以根據(jù)需要存儲(chǔ)傳感器的輸出和測(cè)量結(jié)果以及執(zhí)行該方法所需的其它參數(shù)。

121、因此，根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序包括要在根據(jù)本發(fā)明的第二方面的加工系統(tǒng)中運(yùn)行的計(jì)算機(jī)可讀指令，當(dāng)這些計(jì)算機(jī)可讀指令在加工系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，該計(jì)算機(jī)可讀指令使加工系統(tǒng)執(zhí)行根據(jù)本文所述的任何方法步驟的方法。

122、因此，本文所述的方法可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些計(jì)算機(jī)程序可以以多種形式存在。例如，它們可以作為由用于執(zhí)行方法的其中一些步驟的程序指令組成的軟件程序存在，并且可以實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。

123、根據(jù)一些實(shí)施例，被配置用以執(zhí)行使加工系統(tǒng)執(zhí)行該方法的計(jì)算機(jī)程序的處理電路位于與控制系統(tǒng)通信聯(lián)接的外部計(jì)算機(jī)中，并且其中，執(zhí)行該計(jì)算機(jī)程序可以觸發(fā)存儲(chǔ)在該控制系統(tǒng)中的其它計(jì)算機(jī)程序的執(zhí)行，例如用于控制刀具主體的位置和加工工件的程序，以及用于從控制系統(tǒng)檢索數(shù)據(jù)的程序，以便執(zhí)行該方法。因此，外部計(jì)算機(jī)可以被配置用以接收來(lái)自機(jī)床的和/或來(lái)自布置在刀具主體處的所述至少一個(gè)傳感器的信號(hào)，并且可以用于分析信號(hào)并檢測(cè)端頭與表面接觸、基于這些信號(hào)向控制系統(tǒng)發(fā)送指令以停止測(cè)量工具、確定該測(cè)量工具的偏轉(zhuǎn)，以及確定被加工表面的點(diǎn)的位置。

124、如前所述，布置在刀具主體處的傳感器可以是應(yīng)變傳感器。應(yīng)變傳感器可以是能夠檢測(cè)應(yīng)變的任何類(lèi)型的傳感器，例如基于應(yīng)變計(jì)電阻器的傳感器，例如電阻箔應(yīng)變計(jì)。替代性地是，應(yīng)變傳感器可以例如是壓電傳感器、力換能器、光學(xué)應(yīng)變計(jì)或表面聲波（saw）應(yīng)變傳感器。應(yīng)變傳感器可以例如沿著刀具主體布置，例如布置在刀具主體的內(nèi)部（或集成在刀具主體中），以便保護(hù)其免受加工過(guò)程中從工件上切下的材料的碎屑的影響。替代性地是，應(yīng)變傳感器可以布置在刀具主體的外表面上。

125、應(yīng)變傳感器的輸出可以例如以無(wú)線方式或經(jīng)由有線方式傳輸?shù)教幚黼娐?，在該處理電路中，傳感器輸出被處理并用于?zhí)行根據(jù)本公開(kāi)的方法。

126、因此，刀具主體可以進(jìn)一步包括電池或其它電源，以用于為應(yīng)變傳感器和用于傳輸傳感器輸出的裝置以及布置在刀具主體上的任何其它電子部件供電。例如，存儲(chǔ)器和/或處理器可以本地布置在刀具主體上，例如以一個(gè)或多個(gè)微控制器的形式，在傳感器輸出被無(wú)線傳輸?shù)酵獠坑?jì)算機(jī)之前，可以在此處檢索出和收集傳感器輸出。

127、根據(jù)一些實(shí)施例，刀具主體進(jìn)一步包括阻尼器。在使用根據(jù)本發(fā)明的方法時(shí)，包括阻尼器的測(cè)量工具可以特別適合于實(shí)現(xiàn)可靠的測(cè)量結(jié)果。這樣做的原因是，在測(cè)量期間存在的可能干擾測(cè)量值的加工系統(tǒng)中的振動(dòng)被減少。

128、從下面的詳細(xì)描述中，該解決方案的其它可能特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。