用于操作機床和執(zhí)行質量保證的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001] 本公開整體涉及機床（machine)，并且更具體地，涉及用于操作諸如數控機床的機 床并且對加工零件執(zhí)行質量保證的系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002] 諸如計算機數控（"CNC"）機床的數控（"NC"）機床是通過存儲介質上的被編碼 的程序命令來操作的自動機床工具。NC機床包括執(zhí)行加工的機床工具（例如，軸）和驅動 該機床并且在三維空間（例如，多軸加工）中相對于機床的參考坐標系定位軸的計算機輔 助制造程序。
[0003] 在加工操作過程中，零件被安裝在夾具上并且該夾具被加載到NC機床的機床床 身上。相對于機床床身固定零件的位置并且將機床調到零位以在空間中相對于零件的位 置適當地定位機床工具。然后，可對該零件進行加工（例如，鉆孔、布線、切割和/或配平 (trim))。通常，NC機床包括用于相對于夾具重復地定位零件并且相對于機床床身重復地 定位夾具的索引（indexing)系統(tǒng)。
[0004] 當前的加工工藝存在許多缺點。例如，嚴格容差需求迫使工具夾具可能具有高度 復雜性。此外，嚴格容差需求還迫使任意零件至夾具索引和任意夾具至機床索引可能具有 高度復雜性。這種復雜性可能增加生產NC銑切夾具所需的成本和流程時間，這可能影響新 產品的供應能力以及滿足客戶緊急需求的能力。
[0005] 而且，在從夾具移除零件之后，對加工零件執(zhí)行質量保證的要求產生額外的成本、 流程以及資源影響。例如，可通過物理地將零件保持達到至零件將被連接至的部件以確定 加工特征（例如，孔和邊緣）是否與部件幾何形狀對齊來執(zhí)行質量保證。如果在將零件保 持達到至部件時加工特征未被適當地對齊，則零件可能被重新改造或者廢棄，從而中斷生 產循環(huán)。
[0006] 因此，本領域技術人員在操作NC機床并且執(zhí)行質量保證的領域不斷投入研究和 開發(fā)精力。
[0007] 本申請要求于2013年12月4日提交的美國臨時申請序列號61/911，719以及于 2014年2月3日提交的美國臨時申請序列號14/171，314的優(yōu)先權。

【發(fā)明內容】

[0008] 在一種實施方式中，公開了一種用于操作諸如數控機床的機床的方法，該方法可 包括下列步驟：（1)生成界標點（monument point)數據，界標點數據包括表示（represent) 機床床身上的多個界標點的多個參考點；（2)生成零件數據，零件數據包括表示零件相對 于多個界標點的多個參考點；（3)生成理論加工零件數據，理論加工零件數據包括表示理 論加工零件的多個參考點；(4)通過集合零件數據和理論加工零件數據生成控制數據，控 制數據包括表示零件與理論加工零件的集合的多個參考點；（5)通過集合控制數據和界標 點數據生成機床控制數據，機床控制數據包括表示定位在機床床身上的零件與理論加工零 件的集合相對于多個界標點的多個參考點；以及（6)執(zhí)行用于控制機床操作的機床控制數 據以形成加工零件。
[0009] 在另一實施方式中，公開了一種用于執(zhí)行質量保證的方法，該方法可包括：（1)提 供機床控制數據，機床控制數據包括表示定位在機床床身上的零件與理論加工零件的集合 相對于多個界標點的多個參考點；(2)生成加工零件數據，加工零件數據包括表示定位在 機床床身上的加工零件相對于多個界標點的多個參考點；以及（3)通過比較加工零件數據 和機床控制數據以確定加工零件數據與機床控制數據的相關性來生成質量保證數據。
[0010] 在另一實施方式中，還公開了一種用于操作諸如數控機床的機床的系統(tǒng)，該系統(tǒng) 可包括：機床，機床包括機床床身和相對于機床床身的機床工具；多個界標點，以正交取向 連接至機床床身，該多個界標點定義界標點坐標軸系；至少一個圖像捕捉設備，靠近機床 床身，至少一個圖像捕捉設備被配置掃描機床床身上的多個界標點和定位在機床床身上的 零件；以及至少一個計算機，與機床和至少一個圖像捕捉設備通信，至少一個計算機被配 置為：（1)接收界標點數據，界標點數據包括表示機床床身上的多個界標點的多個參考點； (2)接收零件數據，零件數據包括表示零件相對于多個界標點的多個參考點；（3)接收理論 加工零件數據，理論加工零件數據包括表示理論加工零件的多個參考點；(4)通過集合零 件掃描數據和理論加工零件數據生成控制數據，控制數據包括表示零件與理論加工零件的 集合的多個參考點；（5)通過集合控制數據與界標點數據生成機床控制數據，機床控制數 據包括表示定位在機床床身上零件與的理論加工零件的集合相對于多個界標點的多個參 考點；以及（6)執(zhí)行用于控制機床操作的機床控制數據以形成加工零件。
[0011] 總之，根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于操作機床的方法，所述方法包括： 生成界標點數據，所述界標點數據包括表示機床床身上的多個界標點的多個參考點；生成 零件數據，所述零件數據包括表示零件相對于所述多個界標點的多個參考點；生成理論加 工零件數據，所述理論加工零件數據包括表示理論加工零件的多個參考點；通過集合所述 零件數據與所述理論加工零件數據生成控制數據，所述控制數據包括表示所述零件與所述 理論加工零件的集合的多個參考點；通過集合所述控制數據與所述界標點數據生成機床控 制數據，所述機床控制數據包括表示定位在所述機床床身上的所述零件與所述理論加工零 件的集合相對于所述多個界標點的多個參考點；以及執(zhí)行用于控制所述機床操作的所述機 床控制數據以形成加工零件。
[0012] 有利地，在該方法中，生成所述控制數據包括對所述零件數據和所述理論加工零 件數據執(zhí)行最佳匹配進程。
[0013] 有利地，在該方法中，生成所述控制數據包括：從所述零件數據生成零件模型，所 述零件模型包括所述零件相對于所述多個界標點的幾何表示；從所述理論加工零件數據生 成理論加工零件模型，所述理論加工零件模型包括所述理論加工零件的幾何表示；以及通 過集合所述零件模型和所述理論加工零件模型生成控制模型。
[0014] 有利地，在該方法中，集合所述零件模型和所述理論加工零件模型包括使所述零 件的所述幾何表示的至少一部分與所述理論加工零件的所述幾何表示的至少一部分對齊。
[0015] 有利地，在該方法中，生成所述機床控制數據包括從所述界標點數據生成界標點 模型，所述界標點模型包括所述機床床身上的所述多個界標點的幾何表示；從所述機床控 制數據生成機床控制模型，所述機床控制模型包括定位在所述機床床身上的所述零件與所 述理論加工零件的所述集合相對于所述多個界標點的幾何表示；并且使所述界標點模型的 所述多個界標點的所述幾何表示與所述機床控制模型的所述多個界標點的所述幾何表示 對齊。
[0016] 有利地,該方法進一步包括生成所述界標點數據的至少一個參考點與所述控制數 據的至少一個參考點的誤差；并且將所述誤差的至少一個子集與閾值范圍相比較以驗證所 述機床控制數據位于容差內。
[0017] 有利地，該方法進一步包括建立機床坐標軸基準線，其中，所述界標點數據定義界 標點坐標軸系，并且其中，建立所述機床坐標軸基準線包括使機床坐標軸系與所述界標點 坐標軸系對齊。
[0018] 有利地，在該方法中，生成所述界標點數據包括使所述機床的機床工具配備有探 測器；并且探測所述機床床身上的所述多個界標點。
[0019] 有利地，在該方法中，所述多個界標點包括以正交取向連接至所述機床床身的三 個界標點。
[0020] 有利地，在該方法中，所述多個界標點中的每個界標點包括被配置為在探測所述 機床床身上的所述多個界標點的過程中所定義的光學目標。
[0021] 有利地，在該方法中，生成所述零件數據包括掃描定位在所述機床床身上的所述 零件和定位在所述機床床身上的所述多個界標點。
[0022] 有利地，在該方法中，生成所述理論加工零件數據包括以下的至少一種：使用來自 所述加工零件將耦接至其的部件的測量零件數據以及使用來自公稱（nominal) CAD模型的 公稱零件數據。
[0023] 有利地，該方法進一步包括生成所述零件數據的至少一個參考點和所述理論加工 零件數據的至少一個對應參考點的誤差；并且將所述誤差的至少一個子集與閾值范圍相比 以驗證所述控制數據位于容差內。
[0024] 有利地，該方法進一步包括生成加工零件數據，所述加工零件數據包括表示定位 在所述機床床身上的所述加工零件相對于所述多個界標點的多個參考點；通過集合所述加 工零件數據和所述機床控制數據生成質量保證數據；以及通過比較所述質量保證數據與所 述機床控制數據以確定所述加工零件數據與所述機床控制數據之間的相關性來驗證所述 質量保證數據。
[0025] 有利地，在該方法中，生成所述加工零件數據包括掃描定位在所述機床床身上的 所述加工零件和定位在所述機床床身上的所述多個界標點。
[0026] 有利地，在該方法中，生成所述質量保證數據包括從所述機床控制數據生成機床 控制模型，所述機床控制模型包括定位在所述機床床身上的所述零件與所述理論加工零件 的所述集合相對于所述機床床身上的所述多個界標點的幾何表示；從所述加工零件數據生 成加工零件模型，所述加工零件模型包括定位在所述機床床身上的所述加工零件相對于所 述多個界標點的幾何表示；以及通過使所述機床控制模型的所述多個界標點的所述幾何表 示與所述加工零件模型的所述多個界標點的所述幾何表示對齊來生成質量保證模型。
[0027] 有利地，在該方法中，驗證所述質量保證數據包括將定位在所述機床床身上的所 述加工零件相對于所述質量保證模型的所述多個界標點的幾何表示與定位在所述機床床 身上的所述零件和所述理論加工零件的所述集合相對于所述機床控制模型的所述多個界 標點的所述幾何表示相比較。
[0028] 有利地，該方法進一步包括生成所述質量保證數據的至少一個參考點和所述機床 控制數據的至少一個對應參考點的誤差；以及將所述誤差的至少一個子集與閾值范圍相比 較以驗證所述質量保證數據位于容差內。
[0029] 根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于質量保證的方法，所述方法包括生成機 床控制數據，所述機床控制數據包括表示定位在機床床身上的零件與理論加工零件的集合 相對于多個界標點的多個參考點；生成加工零件數據，所述加工零件數據包括表示定位在 所述機床床身上的加工零件相對于所述多個界標點的多個參考點；以及通過比較所述加工 零件數據與所述機床控制數據以確定所述加工零件數據與所述機床控制數據之間的相關 性來生成質量保證數據。
[0030] 有利地，在該方法中，比較所述加工零件數據與所述機床控制數據包括：從所述機 床控制數據生成機床控制模型，所述機床控制模型包括定位在所述機床床身上的所述零件 與所述理論加工零件的所述集合相對于所述多個界標點的幾何表示；從所述加工零件數據 生成加工零件模型，所述加工零件模型包括定位在所述機床床身上的所述加工零件相對于 所述多個界標點的幾何表示；使所述加工零件模型的所述多個界標點的所述幾何表示與所 述機床控制模型的所述多個界標點的所述幾何表示對齊；以及比較定位在所述機床床身上 的所述加工零件相對于所述加工零件模型的所述多個界標點的所述幾何表示與定位在所 述機床床身上的所述零件和所述理論加工零件的所述集合相對于所述機床控制模型的所 述多個界標點的所述幾何表示。
[0031] 根據本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于操作機床的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：機床， 機床包括機床床身和相對于所述機床床身的機床工具；多個界標點，以正交取向連接至所 述機床床身，所述多個界標點定義界標點坐標軸系；至少一個圖像捕捉設備，靠近所述機床 床身，所述至少一個圖像捕捉設備被配置為掃描所述機床床身上的所述多個界標點和定位 在所述機床床身上的零件；以及至少一個計算機，與所述機床和所述至少一個圖像捕捉設 備通信，所述至少一個計算機被配置為：接收界標點數據，所述界標點數據包括表示所述機 床床身上的所述多個界標點的多個參考點；接收零件數據，所述零件數據包括表示所述零 件相對于所述多個界標點的多個參考點；接收理論加工零件數據，所述理論加工零件數據 包括表示理論加工零件的多個參考