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机床校准方法
     本专利申请是申请号为 200680047062.1( 国际申请号为 PCT/GB2006/004643)、 申 请人为 “瑞尼斯豪公司” 、 发明名称为 “机床校准方法” 的专利申请的分案申请。技术领域
     本发明涉及机床， 特别涉及校准车床诸如车床、 铣车床 (mill-turnmachine) 等的 方法。 背景技术
     车床是已知的。在常用车床上， 工件保持在卡盘中高速旋转。然后， 切削工具接触 旋转工件， 切削或 “车削” 工件形成希望的形状。
     铣车床， 可以认为是车床的一种变形， 也是已知的。 这种车床包括旋转卡盘以保持 工件， 并且还具有用于旋转切削工具的装置。然后工件和标准车床上一样进行车削和 / 或 可以使用旋转工具在工件上铣削特征。铣车床还可以具有回转头， 以允许切削工具从不同 方向接触工件。 在操作车床、 铣车床以及类似物时， 通常需要确定工件旋转轴线 ( 即所谓的中心 线 )。这是因为切入工件的任何特征的尺寸都是由切削工具相对于车床中心线的位置确定 的。
     已知有许多手工获取车床中心线的方法。例如， 可以使用度盘式指示器。但是， 现 在越来越希望自动校准车床并自动进行切削操作， 以使车床停机时间最少， 并增加机加工 部件的生产率。
     EP0283486 描述了利用装载到车床的工具保持件中的碰触式触发测量探针确定卡 盘旋转轴线的各种方法。具体来说， EP0283486 描述了这种碰触式触发探针如何通过测量 工件上径向对置的点的位置来估算保持在车床卡盘中的工件的旋转轴线。在 EP0283486 的 一个实施例中， 描述了如何进行工件的牺牲性切削并测量切削特征的径向对置点来获取中 心线。 但是， 在工件上进行试探性切削并不总是可行， 而且这种切削过程耗费的时间可能令 人无法接受。
     发明内容 因此， 本发明的目的是提供一种改进的校准车床诸如车床、 铣车床等的方法。
     根据本发明第一方面， 提供了一种校准机床的方法， 所述机床具有用于保持工件 的第一可旋转部分， 所述第一可旋转部分具有与其相关联的第一特征， 其特征在于， 所述方 法包括以下步骤 ：
     (i) 使用测量探针确定所述第一特征的位置 ；
     (ii) 将第一可旋转部分转过一定角度 ；
     (iii) 利用所述测量探针确定所述第一特征的新位置， 以及
     (iv) 利用步骤 (i) 和 (iii) 中确定的位置测量值计算所述第一可旋转部分的旋转
     轴线的位置。
     具有优势的是， 步骤 (ii) 包括将第一可旋转部分旋转 180°。
     因此， 本发明利用了作为车床的第一可旋转部分的一部分或者连接到该第一可旋 转部分并相对于所述第一可旋转部分具有固定 ( 通常未知 ) 位置的第一特征。所述第一 特征可以是任何可以由探针测量其位置的特征， 例如， 可以包括凸台、 立柱、 基准球 (datum sphere) 等。用来测量该特征的位置的测量探针可以是接触式探针 ( 例如， 碰触式触发探 针 ) 或非接触式探针。在所述可旋转部分位于两个 ( 或多个 ) 不同旋转取向时， 利用测量 探针来确定第一特征相对于车床主体的位置， 能精确确定车床的第一可旋转部分的旋转轴 线 ( 所谓的 C 轴或车床中心线 )。
     因此， 本发明的方法能在不切削工件的情况下获得车床的真实中心线 (C 轴 )。此 外， 还发现本发明的方法不会遭遇测量卡盘或工件的两个不同特征时可能发生的误差。具 体来说， 本发明的方法可以用来获取车床的真实中心线， 而并不依赖于假设一对特征离中 心线距离相等。本发明因此可以看做是对 EP0283486 所述技术的改进。
     本方法的优势还在于， 可以以完全自动的方式进行， 因此可以比手工设定技术 ( 例如， 利用度盘式指示器 ) 明显更快地进行。本方法还可以 ( 例如在部件之间 ) 相对快速 地进行， 以允许进行车床常规校准， 从而减少使用中与中心线位置变化相关的加工误差。
     应该注意， 本文中 “车床” 限定了具有可以保持工件的第一可旋转部分的车床， 并 且该第一可旋转部分布置地能让切削工具在工件旋转的同时接触工件， 即， 该车床是工件 可以 “被车削” 的车床。车床因此包括传统车床或铣车床。车床还可以包括切削过程中工 件可以旋转的铣床 (milling machine) 或加工中心。车床可以具有任意取向的 C 轴， 例如 该车床可以具有基本上水平或基本上垂直取向的 C 轴。车床还可以包括可以根据需要相对 于该车床重新定向的第一可旋转部分， 例如， 该车床可以是 C 轴取向可以相对于固定工具 进行调节的加工中心 ( 例如， 可以包括 5 轴加工中心， 其中保持工件的卡盘可以回转 )。但 是， 应该注意， 车床显著不同于工件被切削时工件始终保持静止的基本铣床。
     便于使用的是， 步骤 (ii) 包括旋转第一可旋转部分经过 180°。应该注意， 这里 限定了几何特征， 从而第一可旋转部分在车床的 X-Y 平面内旋转， 并且旋转运动的 C 轴名义 上与车床 z 轴对准， 当然应该注意， C 可能如下所述那样并不总是与 z 轴精确对准。利用这 种坐标几何关系， 步骤 (i) 和 (iii) 的测量值各自给出了一对 X， Y 坐标。因此， 中心线位置 (X 和 Y) 是两个测量得到的 X 和 Y 位置的中点。技术人员应该明白， 根据需要， 可以使用不 同的坐标几何关系进行位置测量。此外， 步骤 (ii) 可以包括将所述第一可旋转部分转过任 意角度。例如， 根据需要， 第一可旋转部分可以转过小于 180°， 小于 90°或大于 90°或者 大于 180°。
     对于特定种类的车床而言， 诸如大型车床， 测量探针可能仅有有限的可达性。 这会 限制本方法步骤 (ii) 过程中可用的最大角度步进变化。步骤 (ii) 因此可以包括旋转所述 第一可旋转部分经过小于 180°的角度或旋转不超过 90°。具有优势的是， 该方法可以包 括初始步骤 ： 确定第一可旋转部分的旋转轴线在第一车床轴线上的位置。这种初始步骤可 以包括如以下详细说明的那样， 在第一车床轴线假设中心线的任意一侧进行测量。第一车 床轴线例如可以是 X 轴， 而初始步骤则可以包括确定 X 轴中心线。具有优势的是， 步骤 (i) 可以包括将第一可旋转部分定向， 以使第一特征基本上位于所述第一车床轴线上。 这样， 可以获取车床中心线的位置 ( 例如， X 和 Y 两者 )。
     具有优势的是， 车床包括工具保持件， 步骤 (i) 和 (iii) 中用来确定所述第一特征 的位置的测量探针由该工具保持件保持。 工具保持件可以保持一个或多个切削工具或工具 附件 ( 诸如测量探针 )。工具保持件优选可以相对于车床的第一可旋转部分 ( 例如， 沿着 x， y 和 z) 移动， 并还提供本方法步骤 (i) 和 (iii) 的位置信息。因此， 工具保持件允许工 具或附件接触工件， 并向车床控制器输出工具位置信息。 通常， 工具保持件布置成使得切削 工具和工具附件能够自动互换。
     便于使用的是， 工具保持件包括用于保持工具或工具附件的第二可旋转部分。因 此， 车床可以包括除车削工件之外还可以铣削所述工件的所谓的铣车床。铣车床通常具有 包括可旋转部分的头部和允许工具 ( 例如， 切削工具和铣削工具 ) 和工具附件 ( 例如， 测 量探针 ) 根据需要装载到第二可旋转部分的自动工具更换器。具有优势的是， 步骤 (i) 和 (iii) 中用来确定所述第一特征的位置的测量探针由所述第二可旋转部分保持。所述方法 可以方便地包括将第二可旋转部分 ( 以及测量探针 ) 转过一定角度的步骤。
     第二可旋转部分具有优势地由回转头承载， 该回转头可以围绕至少一个轴线 (“B 轴” ) 旋转。回转头还可以承载一个或多个额外的可旋转部分， 用来承载额外的工具或工具 附件。因此， 该方法可以利用通常称为回转头铣车床的车床来实施。这种车床具有可以旋 转从而在第一可旋转部分的旋转轴线和第二可旋转部分的旋转轴线之间引入倾角的回转 头， 即围绕 B 轴旋转改变 A 轴和 C 轴之间的夹角。A 轴通常来说， 在 B 轴处于 0°转角时， 名 义上与 C 轴对准。如上所述， 这种回转头可以沿着 x， y 和 z 移动， 并且还可以旋转， 从而允 许工具或工具附件以不同的取向接触工件， 这样增大了工件上可以车削或铣削的特征的范 围。 所述方法可以方便地应用于第一可旋转部分可以围绕轴线回转或相对于该轴线 倾斜的车床。例如， 第一可旋转部分可以由托架承载， 该托架可以移动， 以改变第一可旋转 部分相对于位置固定的第二可旋转部分的倾角。与回转头车床一样， 这种车床还在第一可 旋转部分的旋转轴线和第二可旋转部分的旋转轴线之间引入了倾角。 该方法还可以适用于 同时具有回转头和可以围绕一个或多个轴回转或相对于其倾斜的第一可旋转部分的车床。
     具有优势的是， 步骤 (i) 至 (iii) 是在回转头的第二可旋转部分的旋转轴线布置 地基本上平行于第一可旋转部分的旋转轴线的情况下 ( 即， B ＝ 0° ) 进行的。这样， 可以 在回转头处于 B ＝ 0°取向的情况下， 相对于第二可旋转部分的 A 轴确定第一可旋转部分 ( 例如， 卡盘 ) 的 C 轴的位置。
     优选， 所述方法包括将第二可旋转部分转过一定角度。这样可以具有优势地用于 获取任意触针偏移量或类似值。具有优势的是， 步骤 (ii) 可以包括将第二可旋转部分转过 一定角度的步骤。这样， 在测量过程当中， 可以旋转第一可旋转部分和第二可旋转部分两 者， 第一可旋转部分和第二可旋转部分的旋转量优选相同， 但是根据需要也可以不同。 第一 和第二可旋转部分可以一起旋转， 或根据需要依次转动。
     具有优势的是， 步骤 (ii) 和 (iii) 重复一次或多次。这样， 在第一可旋转部分以 及根据需要第二可旋转部分旋转到许多不同取向的情况下， 获得第一特征的位置的许多测 量值。
     便于使用的是， 步骤 (i) 是在第一和第二可旋转部分取向为 0°的情况下进行的，
     步骤 (ii) 包括将第一和第二可旋转部分转过 90°， 而步骤 (ii) 和 (iii) 执行 4 次。因此， 所述方法可以初始处于 A 轴和 C 轴都为 0°。 然后， 所述方法在以下轴向旋转的情况下获得 第一特征的 (x， y) 位置的 4 个测量值 ： (A ＝ 0°， C ＝ 0° )、 (A ＝ 90°， C ＝ 90° )、 (A ＝ 180°， C ＝ 180° ) 和 (A ＝ 270°， C ＝ 270° )。
     应该注意， 虽然第一和第二可旋转部分可以按照上述方式一起旋转， 但是技术人 员应该明白， 可以使用该方法的多种变形方法。例如， 步骤 (i) 可以包括在第二可旋转部分 处于两个或多个旋转取向的每一个取向的情况下， 确定所述特征的位置的步骤， 和 / 或步 骤 (iii) 可以包括在第二可旋转部分处于两个或多个旋转取向的每一个取向的情况下， 确 定所述特征的位置的步骤。
     具有优势的是， 步骤 (i) 包括将第一可旋转部分的取向设定为 0°， 并在第二可旋 转部分处于 0°和 180°的情况下， 测量第一特征的位置， 步骤 (ii) 包括将第一可旋转部分 转过 180°， 而步骤 (iii) 包括在第二可旋转部分处于 0°和 180°的情况下测量第一特征 的位置。然后， 所述方法在以下轴向旋转的情况下， 给出第一特征的位置 (x， y) 的 4 个测量 值： (A ＝ 0°， C ＝ 0° )、 (A ＝ 180°， C ＝ 0° )、 (A ＝ 0°， C ＝ 180° ) 和 (A ＝ 180°， C ＝ 180° )。 所述方法具有优势地包括额外的步骤 ： 确定第一可旋转部分和第二可旋转部分的 旋转轴线的相对位移。如以下更为详细地说明， 可以从上述 4 组 x 和 y 位置测量值中方便 地获得 A 轴和 C 轴的这种相对位移。技术人员应该认识到， 许多组其他不同的测量值也可 以产生有关轴对准情况的类似信息。
     根据本发明第二方面， 提供了一种方法， 该方法将第一可旋转部分的旋转轴线的 ( 例如， x， y) 位置作为沿着车床平移 ( 例如， z) 轴的位移的函数来确定第一可旋转部分的 旋转轴线的 ( 例如， x， y) 位置， 所述方法包括以下步骤 ：
     (A) 利用本发明第一方面的方法确定第一可旋转部分的旋转轴线的 (x， y) 位置，
     (B) 沿着所述平移轴平移 ( 沿着 Z) 测量探针和 / 或第一可旋转部分 ； 和
     (C) 利用本发明第一方面的方法确定第一可旋转部分的旋转轴线的 (x， y) 位置。
     步骤 (B) 和 (C) 可以根据需要重复一次或多次。这样， 可以相对于 z 轴在两个或 多个地点确定 c 轴位置。所述方法进一步包括步骤 (D) ： 利用步骤 (A) 和 (C) 获得的测量 值确定第一可旋转部分的旋转轴线 ( 所谓 “C 轴” ) 相对于车床轴线 ( 例如， “z 轴” ) 的角度 对准关系。
     另一类似方法也可以用于将第二可旋转部分的旋转轴线的 ( 例如， x， y) 位置作为 沿着车床平移轴 ( 例如， z) 的位移的函数来确定第二可旋转部分的旋转轴线的 ( 例如， x， y) 位置， 所述方法包括以下步骤 ：
     (A) 利用本发明第一方面的方法确定第二可旋转部分的旋转轴线的 (x， y) 位置 ；
     (B) 平移 ( 沿着 Z) 测量探针， 和
     (C) 利用本发明第一方面的方法确定第二可旋转部分的旋转轴线的 (x， y) 位置。
     步骤 (B) 和 (C) 可以根据需要重复一次或多次。这样， 可以相对于 z 轴在两个或 多个地点确定 A 轴的位置。所述方法进一步包括步骤 (D) ： 利用步骤 (A) 和 (C) 获得的测 量值确定第二可旋转部分的旋转轴线 ( 所谓 “A 轴” ) 相对于车床平移 ( 例如， 横向 ) 轴线 ( 例如， “z 轴” ) 的角度对准关系。
     对于具有第二可旋转部分的车床而言， 因此可以确定 A 和 / 或 C 轴相对于 z 轴的 对准关系。 这样允许校正这些轴的对准关系， 或者让车床自动校正工具位置， 以防止切削过 程出现不希望的锥度。
     根据本发明第三方面， 提供了一种对准回转轴车床的方法， 所述车床具有用于保 持工件的第一可旋转部分和用于保持工具或工具附件的第二可旋转部分， 其中第一可旋转 部分的旋转轴线可以相对于第二可旋转部分的旋转轴线倾斜 ( 例如， 回转 )， 并且第一可旋 转部分具有与其相关联的第二特征， 所述方法包括以下步骤 ：
     (a) 设置回转轴车床， 其中已经利用本发明第一方面的方法确定了第一可旋转部 分和第二可旋转部分的旋转轴线的相对位移 ；
     (b) 利用第二可旋转部分保持的测量探针确定第二特征的位置 ； 和
     (c) 改变第一可旋转部分的旋转轴线和第二可旋转部分的旋转轴线之间的倾角， 并重复步骤 (b)。
     具有优势的是， 回转轴车床包括其中第二可旋转部分由回转头承载的回转头车 床， 其中步骤 (c) 包括将回转头旋转到不同 ( “B 轴” ) 的取向并重复步骤 (b)。择一地或额 外地， 第一可旋转部分可以适配成相对于第二可旋转部分回转。 根据需要， 任何回转可以围 绕一个或多个轴。 对于常用回转头车床而言， 确定第二特征的位置所需的测量值在处于第一回转头 取向 ( 例如， B ＝ 0° ) 的情况进行测量。 然后， 该回转头回转到第二取向 ( 例如， B ＝ 90° )， 此时测量探针再次用来测量确定第二特征的位置所需的测量值。 也可以在回转头处于不同 B 轴取向 ( 例如， 45° ) 的情况下， 测量额外的测量值。
     应该注意， 步骤 (b) 优选包括测量第二特征的 x、 y 和 z 位置， 因此可能需要利用测 量探针测量多个不同的测量值。 利用这种测量值确定基准球精确中心的方法在以下更为详 细地说明。此外， 步骤 (a) 可以包括利用本发明第一方面的方法来确定第一可旋转部分和 第二可旋转部分的旋转轴线的相对位移。
     因此， 所述方法涉及在回转头或第一可旋转部分回转到许多不同取向的情况下， 确定第二特征的位置。在良好对准的车床中， 第二特征的测量位置对于这些取向每一个取 向来说是相同的， 但是平移误差会引起这些测量结果出现偏差， 从而导致工具位置误差或 者所谓的工具偏移误差。
     便于使用的是， 所述方法包括确定第一可旋转部分的旋转轴线和第二可旋转部分 的旋转轴线之间的枢转点位置 ( 即， 回转轴位置 ) 的步骤。
     具有优势的是， 所述方法还包括以下步骤 ： 将工具偏移误差作为第一可旋转部分 和第二可旋转部分的旋转轴线之间的相对倾角 ( 回转度 ) 的函数来确定工具偏移误差。在 回转头车床中， 可以将工具偏移误差作为回转头 (B 轴 ) 取向的函数来测量工具偏移误差。 换句话说， 第二特征的位置的两个测量值可以用来确定任意回转头 (B 轴 ) 取向的工具偏移 误差。如果工具偏移误差如以下更为详细说明的那样随着 B 轴取向而正弦变化， 则两个测 量值 ( 例如， 在 B ＝ 0°和 B ＝ 90° ) 可以外推以限定任意 B 轴取向的工具偏移误差。
     便于使用的是， 对于第二特征和第二可旋转部分之间不同的位移重复步骤 (b)。 优 选利用两个或多个触针尖端重复步骤 (b)， 每个触针尖端具有距离第二可旋转部分的不同 位移。步骤 (b) 可以具有优势地利用多尖端探针或利用具有长度不同的触针的两个不同探
     针来进行。便于使用的是， 步骤 (b) 利用测量探针的触针的杆部至少执行一次， 以确定第二 特征的位置。这样， 可以对于两种或多种长度的工具测量工具偏移误差。
     所述方法可以方便地包括将工具偏移误差作为第一可旋转部分和第二可旋转部 分的旋转轴线之间的相对倾角 ( 例如， 回转头车床的 B 轴取向 ) 以及工具长度的函数来确 定工具偏移误差。这样， 可以在第一和第二可旋转部分的旋转轴线之间成任意倾角的情况 下， 对于任意长度的工具计算工具偏移误差。因此， 本发明提供了一种在铣床或加工中心 中确定工具偏移误差的自动化方法， 并允许该车床精确并可重复地在工件上车削或铣削特 征。
     具有优势的是， 共同特征用于本发明第一方面的方法中所用的第一特征和本发明 第三方面的方法中所用的第二特征。换句话说， 单个特征可以用来确定中心线 (C 轴 ) 位置 以及与回转头关联的任意平移 ( 工具偏移 ) 误差。可以选择的是， 第一特征可以不同于第 二特征。第二特征优选包括基准球， 例如第一可旋转部分可以保持包括基准球的部件。可 以具有优势地由包括两个或多个基准球的杆部或轴来提供第二特征和 / 或第一特征。
     具有优势的是， 车床的第一可旋转部分包括所述第一特征。 换句话说， 车床的第一 可旋转部分可以具有形成在其上或连接于其上的适当特征。 第一特征可以永久或暂时连接 到第一可旋转部分。第一特征可以包括以下所述特征之一或多个 ： 孔、 洞、 凸台、 衬垫、 凹坑 或块。例如， 卡盘可以在其周边形成凸台或孔。可以选择的是， 第一可旋转部分可以保持 包括所述第一特征的部件。例如， 第一可旋转部分可以保持具有形成于其上或连接于其上 的第一特征的部件。所述部件可以方便地包括形成所述第一特征的凸起 ( 例如， 凸台或立 柱 )。
     具有优势的是， 前述方法还包括利用测量探针相对于第一可旋转部分的旋转轴线 的位置确定工具设定设备的位置的步骤。在工具设定设备 ( 例如， 由工具设定臂保持的工 具设定管 ) 和中心线之间建立经过校准的联系， 允许切削工具相对于中心线精确定位。
     根据本发明第四方面， 提供了自动化的车床设备， 该设备适合进行编程来实施本 发明第一、 第二和第三方面其中之一所述的方法。
     根据本发明又一方面， 提供了用于控制车床的计算机程序， 所述计算机程序使得 在装载到适当车床的计算机控制器中的时候， 所述车床适配成实施本发明第一、 第二和第 三方面其中之一所述的方法。 还可以具有优势地提供包含这种计算机程序的车床可读介质 ( 例如， 光盘或软盘 )。
     根据本发明再一方面， 提供一种车床， 其具有用来保持工件的第一可旋转部分， 该 第一可旋转部分具有与其相关联的第一特征， 其中所述车床包括车床控制器， 布置该车床 控制器用于确定第一特征的位置， 将所述第一可旋转部分转过一定角度， 并确定第一特征 的新位置。具有优势的是， 所述控制器包括测量探针来确定第一特征的位置。具有优势的 是， 所述控制器进一步布置成利用所确定的位置信息来确定第一可旋转部分的旋转轴线 ( 所谓的 “C 轴” ) 的位置。还可以方便地设置这种车床来实施上述方法。
     虽然本文利用笛卡尔坐标系 ( 即， 参照相互正交的 x、 y 和 z 轴 ) 描述位置信息， 但 是应该注意， 位置信息也可以利用不同的坐标系统 ( 例如， 利用极坐标 ) 来表示。同样， 术 语 “A 轴” 、 “B 轴” 和 “C 轴” 也是为了方便而在本文中所用的简称， 本领域技术人员以前也可 能利用不同的术语来描述这些旋转轴线。 使用这些术语不应看作是以任何方式对本发明范围进行限制。 附图说明
     参照附图， 以下仅作为示例来说明本发明， 其中 ： 图 1 示出了处于第一和第二取向的车床卡盘 ； 图 2 示出了两个测量点以及车床中心线之间的几何关系 ； 图 3 图示了具有回转头的铣车床 ； 图 4 图示了用来获取 A 轴和 C 轴相对位置的几何关系 ； 图 5 示出了用于获取触针相对于 C 轴的位置的几何关系 ； 图 6 示出了具有处于回转取向的头部的铣车床 ； 图 7 示出了双尖端触针 ； 图 8 示出了具有回转头和工具设定臂的铣车床 ； 图 9 示出了由设定臂保持的工具管的对准关系 ； 图 10 示出了校准工具设定盘 ； 图 11 图示了铣车床， 其铣头位于三个不同的位置 ； 图 12 图示了主转轴 (C 轴 ) 与 z 轴不对准 ； 图 13 示出了双校准球设备 ； 图 14 图示了用于测量铣刀转轴 (A 轴 ) 与 z 轴的不对准关系的双尖端探针 ； 图 15 图示了用于大型车床的另一校准方法， 在大型车床中， 触及卡盘受到限制 ； 图 16 示出了具有可倾斜的工作台的铣车床 ； 图 17 示出了图 16 所示设备的几何特征 ； 图 18 示出了等同于图 16 的回转头。具体实施方式
     参照图 1， 示出了车床卡盘 4 的平面图， 带有特征 6。 特征 6 可以是形成在卡盘内或 卡盘上的整体特征或可以形成在由该卡盘所保持的部件中。还示出了关联的测量探针 10， 例如 EP0283486 中所述的那种碰触式触发探针。这种探针通常可以安装在车床 ( 未示出 ) 工具保持件上并可以与一个或多个切削工具互换。
     卡盘 4 可以围绕旋转轴线 8 旋转， 该旋转轴线通常称为车床中心线或 C 轴。
     图 1a 图示了处于第一取向的卡盘 4， 而图 1b 示出了卡盘 4 相对于第一取向转过 180°的第二取向。
     如上所述， 必须精确确定车床中心线 ( 即， 卡盘的旋转轴线 )， 以保证可以将部件 精确地车削到所需的直径。为了精确确定卡盘的旋转轴线， 因此确定随后由卡盘保持的任 何工件的旋转轴线， 可以使用以下测量程序 ：
     (a) 测量探针 10 首先用来测量卡盘取向如图 1a 所示的情况下， 特征 6 的 x-y 位置 (x1， y1)。
     (b) 然后将卡盘 4 转过 180° ( 见图 1b)。
     (c) 然后利用测量探针 10 测量该特征的新 x-y 位置 (x2， y2)。
     如图 2 所示， 表示了参照图 1 所述的测量位置 (x1， y1) 和 (x2， y2) 的几何示意图。距离 A 是 x1 和 x2 之差的一半， 而距离 B 是 y1 和 y2 之差的一半。因此， 可以看出， 可以从这 些测量值中方便地确定车床中心线 8。
     一旦确定了车床中心线， 就可以利用测量探针测量工具设定臂相对于车床中心线 的位置。这样依次可以将工具相对于车床中心线精确定位。
     下面将针对铣车床 30 来描述上述校准技术的变体。
     图 3 示出了铣车床 30 的侧视图。铣车床包括卡盘 32( 可以围绕 C 轴旋转 ) 和铣 头 36， 卡盘 32 保持基准球 34， 铣头 36 保持碰触式触发探针 38。铣头 36 布置成保持工具或 工具附件 ( 诸如探针 38)， 并可以围绕 A 轴旋转该工具。铣头 36 还可以围绕 B 轴在 y-z 平 面内回转。
     在铣车床中， 必须相对于保持工具的铣头 36 的部件的旋转轴线获取卡盘 32 的旋 转轴线 ( 即， C 轴中心线 )。
     在 B 轴设置地使铣头处于水平位置 ( 即， B ＝ 0° ) 的情况下所执行的下述方法能 获得 A 轴和 C 轴的相对 x-y 位置 ：
     (i)C 轴转到 0°， 且 A 轴也转到 0°， 然后利用探针 38 测量基准球的中心位置。
     (ii)C 轴转到 90°， 且 A 轴也转到 90°， 然后利用探针 38 测量基准球的中心位置。
     (iii)C 轴转到 180°， 且 A 轴也转到 180°， 然后利用探针 38 测量基准球的中心位 (iv)C 轴转到 270°， 且 A 轴也转到 270°， 然后利用探针 38 测量基准球的中心位置。
     置。 步骤 (i) 和 (iii) 中测量值的中点给出了 A 轴和 C 轴沿着 X 方向的相对位移。步 骤 (ii) 和 (iv) 中测量值的中点给出了 A 轴和 C 轴沿着 Y 方向的相对位移。
     参照图 4， 将更为详细地解释利用上述计算值来确定 A 轴和 C 轴沿着 X 和 Y 方向的 相对位移。
     图 4a 图示了在 A 轴和 C 轴都处于 0°旋转角且铣头 A 轴与 C 轴标称对准的情况 下， A 轴和 C 轴之间的 X 和 Y 偏移量 (Xoff 和 Yoff)。C 轴中心线的位置由 C 点表示， A 轴中心 线的位置由 A 点表示。 卡盘保持的基准球的中心从 C 轴中心线偏移了特定 ( 固定 ) 的距离， 因此基准球的位置由 D 点表示。同样， 探针的触针球从 A 轴中心线偏移特定 ( 固定 ) 的距 离， 因此， 触针尖端位置由 S 点表示。
     现在参照图 4b， 再次示出了 A 轴和 C 轴处于 0°旋转情况下， A 轴和 C 轴的相对位 置。 此外， 所示的 X1 值表示标称对准的触针球位置 S 和基准球中心位置 D 之间的测量差值。 换句话说， X1 值由参照图 3 的上述测量步骤 (i) 确定。
     现在参照图 4c， 示出了在 A 轴和 C 轴处于 180°旋转的情况下， A 轴和 C 轴的相对 位置。也示出了基准球中心位置 D 和触针球中心位置 S 的新 ( 即， 旋转 ) 位置。可以从图 4c 中看出， 利用触针测量的基准球中心位置给出了 X2 值。换句话说， 可以利用参照图 3 的 上述测量步骤 (iii) 确定 X2 值。
     测量出 X1 和 X2 之后， 可以利用下式给出 x 轴的偏移量 (Xoff) ：
     类似的过程可以确定 Yoff 的值。参照图 4d， 示出了在 A 轴和 C 轴处于 90°旋转的情况下， A 轴和 C 轴的相对位置。利用触针测量基准球中心位置给出 Y1 值。如图 4e 所示， 在 A 轴和 C 轴处于 270°的情况下进行类似测量给出了 Y2 值。Y1 值和 Y2 值是根据参照图 3 的上述测量步骤 (ii) 和 (iv) 确定的。测量出 Y1 值和 Y2 值之后， 利用下式给出 y 轴偏移 量 (Yoff) ：
     以上述方式测量出 Yoff 值和 Xoff 值之后， 就知道了 A 轴和 C 轴的相对位置， 即车床 A 轴和 C 轴校准。
     除了确定 A 轴和 C 轴的相对位移之外， 也可以确定触针偏移量 ( 即， 探针尖端或触 针距离 C 轴中心线的位移 )。可以在利用上述方法确定 A 轴和 C 轴中心线的相对位移的操 作之前或之后来测量触针偏移量。知道 A 轴和 C 轴相对位移以及触针偏移量， 能让探针相 对于该 ( 已知 )C 轴中心线进行位置测量。
     因此可以通过以下步骤确定触针偏移量 (Xst， Yst) ：
     (v) 保持 C 轴静止， 让 A 轴转到 0°， 测量基准球的 X-Y 位置 ； 和
     (vi) 将 A 轴转到 180°， 再次测量基准球的 X-Y 位置。
     然后从步骤 (v) 和 (vi) 的测量值的偏差的一半来确定触针偏移量 (Xst， Yst)。
     虽然上述方法为获取 A 轴和 C 轴相对位置以及触针偏移量提供了方便的途径， 但 是技术人员也应该认识到， 许多组可以选择的测量方案可以用来获取 C 轴的 (x， y) 位置。 例如， 可以使用以下方法 ：
     (i)C 轴旋转到 0°， 且 A 轴也旋转到 0°。然后利用探针 38 测量基准球的中心的 (x， y) 位置。
     (ii) 将 C 轴保持在 0°， 将 A 轴旋转到 180°。然后利用探针 38 测量基准球的中 心的 (x， y) 位置。
     (iii)) 将 C 轴轴旋转到 180°， 将 A 轴旋转到 0°。然后利用探针 38 测量基准球 的中心的 (x， y) 位置。
     (iv)) 将 C 轴保持在 180°， 将 A 轴旋转到 180°。然后利用探针 38 测量基准球的 中心的 (x， y) 位置。
     步骤 (i) 和 (ii) 中获得的测量值的中点用来提供 C ＝ 0°时的旋转中心位置， 而 步骤 (iii) 和 (iv) 中获得的测量值的中点用于提供 C ＝ 180° 时的旋转中心位置。C ＝ 0°和 C ＝ 180°的旋转中心位置的中点则提供 C 轴旋转中心位置。
     参照图 5， 更为详细地图示了参照图 4 所示的触针偏移量测量值的几何关系。
     图 5a 示出了 A 轴和 C 轴在 0°旋转时的位置， 并示出了基准球 D 和触针球 S 的位 置。也示出了将要测量的触针偏移量 (Xst， Yst)。
     图 5b 示出了 A 轴和 C 轴在 0°旋转时的位置， 并示出了上述方法的步骤 (v) 的测 量过程中， 基准球 D 和触针球 S 之间的相对位移 (X1’ ， Y1’ )。
     图 5c 图示了在 A 轴处于 0°和 C 轴旋转到 180°时的相对位置。还示出了上述方 法的步骤 (vi) 的测量过程中， 基准球 D 和触针球 S 之间的相对位移 (X2’ ， Y2’ )。
     因此可以从下式确定触针偏移量 ：
     现在参照图 6， 示出了图 3 所示回转头铣车床的铣头转过 90° ( 即， B ＝ 90° )。 如上所述， 从已经测量了 A 轴和 C 轴对准情况的水平位置将该铣头部转走， 会引入特定的平 移误差。
     用于校准 B 轴平移误差的方法包括以下步骤 ：
     (A) 在 B 轴取向为用于确定 A 轴和 C 轴相对对准关系的情况下 ( 在上述实例中 B ＝ 0° )， 利用长度为 L1 的第一探针确定基准球的 X、 Y 和 Z 位置。该第一探针应该与用来 确定 A 轴和 C 轴相对对准关系的探针的长度相同。
     (B) 将 B 轴回转头转动到垂直于卡盘旋转轴线 ( 即， 在图 6 中 B ＝ 90° )， 并再次 利用该第一探针重新测量基准球的 Y、 Z 和 X 位置。
     (C) 在 B 轴处于 0°的情况下， 利用长度为 L2(L2 与 L1 不同 ) 的第二探针确定基 准球的 X、 Y 和 Z 位置。
     (D) 将 B 轴回转头旋转到垂直， B ＝ 90°， 并再次利用第二探针重新测量基准球的 Y、 Z 和 X 位置。
     然后可以计算步骤 (A) 和 (B) 中利用长度为 L1 的工具测量的基准球 x、 y和z位 置差异或误差， 该误差可以表示为 (Xerr1， Yerr1， Zerr1)。而步骤 (C) 和 (D) 中利用长度为 L2 的工具测量的基准球 x、 y 和 z 位置差异或误差表示为 (Xerr2， Yerr2， Zerr2)。
     利用两个长度不同的工具获得的误差测量值， 对于长度的平移误差为 ：
     利用长度不同的两个探针进行测量， 能让平移误差外推回为零的工具长度 ( 规 线 )， 从而能确定 X、 Y 和 Z 的平移基准点 (Xref， Yref， Zref)。这样能经由下述表达式确定任意 工具长度 Ln 的平移距离 (X， Y 和 Z) ：
     X ＝ Xref+(Ln·Xerr) (4a)
     Y ＝ Yref+(Ln·Yerr) (4b)
     Z ＝ Zref+(Ln·Zerr) (4c)
     假设平移误差随着 B 轴旋转而正弦变化， 则利用夹角的正弦值将平移距离应用于 B 轴任意中间位置， 其中在 90°时正弦值等于 1。虽然可以假设为正弦变化， 但是也可以在 B 轴中间转角处进行额外的测量， 用来提高精度。
     应该注意， 虽然上述方法是针对回转头车床进行描述的， 但是其同等地适用于铣
     头位置固定且卡盘可以倾斜的车床。例如， 车床可以包括保持卡盘的托架。
     虽然上述方法可以利用两个长度不同的探针实现， 但是该技术也可以采用如图 7 所示的其中触针带有两个 ( 或更多个 ) 尖端的探针或者利用触针杆上的两个 ( 或更多个 ) 点。
     图 7 图示了具有轴 71 的多尖端触针 70， 该轴在远端承载第一触针尖端 72， 并且还 承载第二触针尖端 ( 或环带 )74 和第三触针尖端 ( 或环带 )76。第二和第三触针尖端沿着 轴 71 彼此隔开。
     虽然这种触针特别适合实施上述方法， 但是其也可以用于许多替代的探测场合， 其中要求利用两个或多个长度不同的探针进行测量。
     一旦利用一种或多种上述方法将车床或铣车床校准之后， 然后可以设定工具设定 设备的位置。这种工具设定过程的一个实例现在将参照图 8 至图 10 进行说明。
     图 8 示出了图 3 所示类型的回转头铣车床。该铣车床包括能够围绕 B 轴转动的铣 头 36， 还包括可转动的卡盘 32 和工具设定臂 80。工具设定臂 80 承载已知类型的工具设定 管 82。
     可以在承载探针 38 的铣头 36 的 B 轴设置在 90°然后将铣头 36 的 B 轴设置在 0° 的情况下， 测量工具设定设备的 (x， y， z) 位置， 这两种铣头配置如图 8 中 36 和 36’ 分别显 示。两组位置测量值在 ( 已知 ) 车床转轴 (C 轴 ) 中心线和工具设定设备之间提供校准的 联系。
     图 9 示出了携带切削工具 90 的铣头 36， 贴靠工具设定臂 80 的工具设定管 82 来测 量该切削工具。由于在车床转轴 (C 轴 ) 中心线和工具设定管 82 之间存在校准的联系， 所 以可以为工具 90 确定 3 轴 (X， Y， Z) 工具偏移量。该 3 轴偏移量将包含因工具切削点处车 床几何形状因素而产生的任何固有误差。
     这样就建立了工具切削边缘和 C 轴中心线之间的校准联系。该校准联系保证了后 续叠加了 3 轴偏移量而加工的任何特征都将在正确的位置被加工。
     以这种方式利用工具设定管提供工具边缘位置校准的测量值， 克服了与车床关联 的任何垂直度误差 (squareness error)。 例如， 由于所谓的 “垂直度误差” ， 所以在 100mm 长 的短工具和 230mm 长的转轴探针之间存在 0.1mm 的位置误差并不是什么特殊情况。
     参照图 10(a)， 示出 “混合” 工具设定盘 100 包含测量旋转插件边缘的平台 102。该 盘也可以用来测量如图 10(b) 所示的处于中间 B 轴位置的工具， 这些成角度的工具可以是 铣刀、 钻头等。
     一旦利用上述方法将铣车床校准后， 就可以实施周期性的检查， 以保证仍然维持 这种对准情况， 并获得工具偏离误差。
     参照图 11， 示出连接基准球 34 的卡盘 32。也示出了保持测量探针 38 的关联的铣 头 36。铣头 36 可以位于 B ＝ 90° ( 由铣头 36 所示 )、 位于 B ＝ 45° ( 由铣头 36” 所示 ) 或位于 B ＝ 0° ( 由铣头 36’ 所示 )。
     对准情况检查方法包括第一 ( 垂直 ) 探测程序， 包括以下步骤 ：
     (a) 在 C ＝ 0°、 A ＝ 0°和 B ＝ 90°情况下， 测量基准球 YZ 中心 (Y1， Z1)。
     (b) 在 C ＝ 0°、 A ＝ 180°和 B ＝ 90°情况下， 测量基准球 YZ 中心 (Y2， Z2)。
     (c) 在 C ＝ 0°、 A ＝ 180°和 B ＝ 90°情况下， 利用前述确定的 YZ 中心值测量基准球的 X 位置。前述确定的 YZ 中心值可以是以前对准情况检查过程中测量的值或初始校 准过程中测量的值。
     (d) 在 C ＝ 180°、 A ＝ 180°和 B ＝ 90°情况下， 测量基准球的 YZ 中心 (Y3， Z3)。
     (e) 在 C ＝ 180°、 A ＝ 0°和 B ＝ 90°情况下， 测量基准球的 YZ 中心 (Y4， Z4)。
     (f) 在 C ＝ 180°、 A ＝ 0°和 B ＝ 90°情况下， 利用以前确定的 YZ 中心值测量基 准球的 X 位置。
     然后可以从步骤 (a)、 (b)、 (c) 和 (d) 获得的测量值利用下式获取精确的 YZ 中心 ：
     Ycen ＝ (((Y1+Y2)/2)+((Y3+Y4)/2))/2 (5a)
     Zcen ＝ (((Z1+Z2)/2)+((Z3+Z4)/2))/2 (5b)
     精确的 YZ 中心可以用于更新球心距离中心线的位置 ( 用于以下所述的水平探测 程序 ) 并还可以用在任何后续对准情况检查过程中。 X 轴工具偏移误差也可以通过步骤 (c) 和 (f) 中获取的 x 位置值的平均值减去 ( 已知 ) 球直径而得到。
     对准情况检查方法还包括第二 ( 水平 ) 探测程序， 包括以下步骤 ：
     (a) 在 C ＝ 0°、 A ＝ 0°和 B ＝ 0°情况下， 测量基准球 34 的 XY 中心 (X1， Y1)。
     (b) 在 C ＝ 0°、 A ＝ 180°和 B ＝ 0°情况下， 测量基准球 34 的 XY 中心 (X2， Y2)。
     (c) 在 C ＝ 180°、 A ＝ 180° 和 B ＝ 0° 情况下， 测量基准球 34 的 XY 中心 (X3，Y3)。 (d) 在 C ＝ 180°、 A ＝ 0°和 B ＝ 0°情况下， 测量基准球 34 的 XY 中心 (X4， Y4)。
     (e) 在 C ＝ 180°、 A ＝ 0°和 B ＝ 0°情况下， 利用以前确定的 YZ 中心值测量基 准球 34 的 Z 位置。
     在步骤 (a) 至 (d) 中获取的 XY 值允许利用下式计算基准球 34 中心精确的 X 和 Y 值：
     Xcen ＝ (((X1+X2)/2)+((X3+X4)/2))/2 (6a)
     Ycen ＝ (((Y1+Y2)/2)+((Y3+Y4)/2))/2 (6b)
     Z 轴工具偏移误差也可以通过从上述步骤 (e) 测量的 z 位置减去 ( 已知 ) 球直径 的一半而得到。
     除了上述垂直和水平测量之外， 还可以在 B 轴处于 45°的情况下进行测量， 以检 查 Y 方向的精确中心。该过程可以包括以下步骤 ：
     (a) 在 C ＝ 0°、 A ＝ 0°和 B ＝ 45°情况下， 测量 Y 方向中心 (Y1)。
     (b) 在 C ＝ 0°、 A ＝ 180°和 B ＝ 45°情况下， 测量 Y 方向中心 (Y2)。
     (c) 在 C ＝ 180°、 A ＝ 180°和 B ＝ 45°情况下， 测量 Y 方向中心 (Y3)。
     (d) 在 C ＝ 180°、 A ＝ 0°和 B ＝ 45°情况下， 测量 Y 方向中心 (Y4)。
     上述步骤 (a) 至 (d) 的测量值从以上方程 (6b) 产生 Y 方向的精确中心。
     参照图 12， 将说明用于检查主转轴 ( 即， C 轴 ) 相对于车床 z 轴轴向对准情况的方 法。具体来说， 图 12 示出了来连接有基准球 34 的卡盘 32。也示出了保持测量探针 38 的关 联铣头 36。
     该过程建立在沿着 Z 轴在两个位置测量基准球 34 的 X 和 Y 位置的基础上。在图 11 中， 第二 z 轴位置由基准球 34’ 示出。这两个测量值允许 C 轴 110 相对于 z 轴 112 形成 任何非对准关系。这种非对准关系将会导致在需要简单直径 (plain diameter) 的时候切
     削成锥形， 并因此认为对车床或铣车床生产的零件质量具有不良影响。
     对准过程的第一阶段包括在基准球沿着 z 轴位于 Z1 位置的时候测量基准球的位 置。然后执行以下测量步骤 ：
     (1) 在 C ＝ 0°、 A ＝ 0°和 B ＝ 0°情况下， 测量基准球 34 的 XY 中心 (X1， Y1)。
     (2) 在 C ＝ 0°、 A ＝ 180°和 B ＝ 0°情况下， 测量基准球 34 的 XY 中心 (X2， Y2)。
     (3) 在 C ＝ 180°、 A ＝ 180° 和 B ＝ 0° 情况下， 测量基准球 34 的 XY 中心 (X3， Y3)。
     (4) 在 C ＝ 180°、 A ＝ 0°和 B ＝ 0°情况下， 测量基准球 34 的 XY 中心 (X4， Y4)。
     然后利用上述式 6 计算该精确中心的 X 和 Y 值。
     该方法的第二阶段包括沿着 z 轴将基准球移动到如图 12 所示的位置 Z2。对于第 二基准球位置 34’ ， 重复上述步骤 (1) 至 (4)， 利用式 6 计算基准球 34’ 的精确中心。
     从基准球位置 34 和 34’ ( 即， Z1 和 Z2) 确定的精确中心位置之间的任何差异表示 C 轴和 z 轴之间存在非对准关系。如果有必要， X 和 Y 方向的非对准量可以利用三角函数进 行计算。
     与沿着 z 轴平移基准球不同， 可以设置具有两个隔开的基准球的基准设备。现在 参照图 13， 示出了这种基准设备 130。 基准设备 130 包括第一基准球 136 和第二基准球 138。 也示出了具有尖端 140 的关联的测量探针 38。应该注意， 第二基准球 138 严格地说是局部 截掉的球体， 但是这里为了方便也称之为基准球。此外， 如果有必要， 可以沿着基准设备的 长度设置额外的基准球， 即基准设备可以包括两个或更多个沿着纵轴隔开的基准球。 基准设备 130 可以取代图 12 所示的单个基准球 34。换句话说， 基准设备 130 可以 保持在铣车床的卡盘 32 中。设置基准设备 130 允许以参照图 12 所述的上述方式测量 C 轴 和 z 轴的对准情况， 而不需要任何横向 (Z 轴 ) 移动卡盘。换句话说， 可以利用测量探针 38 测量基准设备 130 的两个基准球的 x-y 位置， 而非在两个不同的位置 ( 例如， Z1 和 Z2) 确定 单个基准球的 x-y 中心。
     参照图 14， 将说明用于检查铣车床的铣刀转轴 ( 即， A 轴 111) 相对于所述车床的 z 轴的对准情况。该方法建立在利用参照图 7 所述那种类型的双尖端触针 120 的第一尖端 122 和第二尖端 124 确定卡盘 32 保持的基准球 34 的 X 和 Y 位置的基础之上。这两个测量 值允许获取 A 轴 111 相对于 Z 轴 112 的任何非对准关系。
     该方法涉及利用第一尖端 122 执行参照图 12 所述的测量步骤 (1) 至 (4)。这样允 许在铣头 36 沿着 z 轴位于第一位置的情况下， 确定基准球 34 的精确中心。然后重复测量 步骤 (1) 至 (4)， 但是利用触针的第二尖端 (124) 进行测量。这样允许在铣头 36 沿着 z 轴 位于第二位置的情况下， 确定基准球 34 的精确中心。因此， 在铣头 36 处于第一和第二位置 的情况下， 基准球测量位置 X 和 Y 之间的任何变化， 提供了非对准情况的度量。
     作为使用双尖端触针 120 的替代方案， 可以利用触针的轴 ( 即， 不用尖端 ) 来获得 用于确定基准球 (x， y) 位置的一个或全部测量值。这种测量方式通常会涉及利用轴获取第 一测量值， 将触针转过 180°， 再一次利用触针轴获得第二测量值。两个测量值的中点提供 (x， y) 位置测量值。换句话说， 可以利用标准触针的杆部来确定基准球的 (x， y) 位置， 从而 不需要提供长度不同的触针或者多尖端触针。
     此外， 在实施参照图 14 所述的方法时， 可以使用图 13 所示那种基准设备 130。则
     该方法可以包括在探针处于不同 (z 轴 ) 位置的情况下， 利用关联的测量探针的杆部来获取 第二基准球 138 的 (x， y) 位置测量值。
     上述方法， 尤其是参照图 1 和 2 所述获取车床中心线的方法， 可以实施在目前所用 的大多数车床上。但是， 一些车床 ( 特别是大型车床 ) 包括可达性受限的测量探针， 即测量 探针仅可以在小于卡盘覆盖区域的特定区域内移动。在这种情况下， 可能无法测量相对于 中心线旋转到径向对置位置的特征的位置。但是， 仍然可以利用以下参照图 15 所述的方法 获得该车床的中心线。
     参照图 15， 将说明用于确定大型车床中心线 150 的方法。该车床包括可旋转的转 轴， 该转轴保持卡盘 152， 卡盘 152 具有连接到其外边缘的基准球 154。还在图 15 中示出了 测量探针 156， 该测量探针装载到该车床 ( 未示出 ) 的铣刀转轴的工具保持件中。
     该方法包括以下步骤 ：
     步骤 1 ： 参照图 15a， 确定探针触针偏移量。 将车床的卡盘 152 取向使得基准球 154 靠近 C ＝ 0°的位置来确定探针触针偏移量。由围绕 A 轴转动的铣刀转轴保持的测量探针 转到 A ＝ 0°， 并用于确定该球沿着 x 和 z 方向的位置。然后将铣刀转轴转到 A ＝ 180°， 再次测量该球沿着 x 和 z 方向的位置。触针沿着 x 和 z 的偏移量即为球中心位置两个测量 值 ( 即， A ＝ 0°和 A ＝ 180° ) 之间差值的一半。然后将铣刀转轴转回 A ＝ 0°。步骤 1 中确定的触针偏移量用于全部后续位置测量。
     步骤 2 ： 参照图 15b 和 15c， 示出了用于将基准球 154 定心在名义 X 轴中心线 153 上的方法。
     首先， 测量探针 156 的触针沿着 X 正方向从名义 X 轴中心线 153 移动一小段距离， 见图 15b。然后， 沿着顺时针方向转动 C 轴， 让基准球 154 接触并触发测量探针 156。记录 C 轴从名义 X 轴中心线 153 转到探针触发位置所经过的角度 (C1)。
     其次， 如图 15c 所示， 将测量探针移动到名义 X 轴中心线 153 另一侧的一个位置。 在这种配置下， 触针离名义 x 轴中心线的距离与图 15b 中相同， 且位于与图 15b 中相同的 y 位置。然后沿着逆时针方向转动 C 轴， 让基准球 154 触发测量探针 156。记录 C 轴从名义 x 轴中心线 153 转到探针触发位置所经过的角度 (C2)。
     然后将 C 轴零转角位置 (C ＝ 0° ) 调节到转角 Cshift， 其中 ：
     然后将 C 轴转到新的 C ＝ 0°位置， 以使基准球中心与名义 X 轴中心线 153 对准。
     步骤 3 ： 参照图 15d 和 15e， 在名义 X 轴中心线 153 任一侧获取基准球的位置。
     如图 15d 所示， 卡盘首先顺时针 ( 从 C ＝ 0° ) 转过已知角度 θ( 其中 θ 通常介 于 30° -45°之间 ) 以使基准球 154 处于第一位置 ( 即， C ＝ θ)。然后， 利用测量探针 156 测量基准球的位置 (x1， y1)。
     参照图 15e， 然后卡盘逆时针转动， 以使基准球位于离开名义 x 轴中心线为 -θ 的 角度 ( 即， C ＝ -θ)。然后利用测量探针 156 测量基准球的位置 (x2， y2)。
     步骤 4 ： 确定步骤 3 中测量的 Y 轴位置 y1 和 y2 之间的差值。
     如果 y1 和 y2 之间的差值非常小 ( 例如， 如果其小于 10μm)， 则以下式给出 x 轴中 点 (Xmid) ：
     在这种情况下， 可以实施以下的步骤 6， 以确定中心线的位置 (Ycen， Xcen)。
     如果 y1 和 y2 之间的差值较大 ( 例如， 如果大于 10μm)， 则表示名义中心线位置和 实际中心线位置之间存在显著的偏差。在这种情况下， 执行步骤 5。
     步骤 5 ： 如图 15f 所示， 如果名义 c 轴中心 160 沿着 x 和 y 方向相对于实际 c 轴中 心 162 偏离量明显， 则会导致测量值 y1 和 y2 之间的差值明显。这样会导致在以下步骤 6 中 计算的 Ycen 和 Xcen 值存在误差。
     为了克服这种误差， 可以调节 C 轴旋转对准情况。换句话说， 可以将 C ＝ 0°的位 置调节一个角度 (φ)， 其中 ：
     调节 C ＝ 0°位置之后， 重复步骤 3 和 4， 以重新测量 (x1， y1) 和 (x2， y2)， 从而经由 方程 (8) 提供新的 x 轴中点值 (Xmid)。
     步骤 6 ： 一旦获得 (x1， y1)、 (x2， y2) 和 Xmid 值之后， 就可以确定 C 轴旋转中心的位 置 (Xcen， Ycen)。
     如图 15g 所示， 是这样实现的 ： 首先测量基准球在 x 轴中心线上 ( 即， C ＝ 0° ) 的 位置 (x3， y3)。 然后转动 C 轴， 以使基准球位于离开 x 轴中心线的位置， 且测量其新位置 (x4， y4)。
     利用测量值 (x3， y3) 和 (x4， y4)， 由下式给出旋转半径 (R) ：利用方程 (10) 确定半径 (R) 之后， 由下式给出卡盘旋转中心的位置或 C 轴位置 (Xcen， Ycen) ：
     Xcen ＝ Xmid (11a)
     Ycen ＝ y3-R (11b)
     如上所述， 该方法的优势在于， 其可以用在车床中， 诸如航空工业领域所用的非常 大型的车床中， 此时测量探针所能达到的车床区域受到限制。 此外， 该方法不需要将部件装 载到车床卡盘中， 并且连接到卡盘周边的基准球的连接方式不会干扰加工操作。
     虽然上述方法采用连接到卡盘的基准球， 但是应该注意， 可以替代性地使用可以 选择的特征。实际上， 该方法中可以使用任何在 x 和 y 轴方向都可以测量的特征， 例如所述 特征可以包括孔、 洞、 凸台、 衬垫、 凹坑或块。 基准特征可以是车床卡盘的永久部件或者可以 形成在暂时连接到卡盘的部件中。
     此外， 虽然图 15 示出了处于 x-y 平面内的探针， 但是应该注意， 该方法还适用于利 用触针取向处于 x-y 平面之外的探针。 例如， 探针可以为取向与 x-y 平面成 90°的探针， 这 种情况下， 基准特征 ( 例如， 基准球 ) 可以布置成从卡盘表面伸出， 而非从其周边伸出。
     还应该注意， 参照图 15 所述的方法可以适用于获取任何可旋转部分的中心线。例 如， 不仅可以适用于获取车床的中心线， 而且也适用于获取大型铣削车床中用来保持工件 的工作台等的旋转中心。
     参照图 16， 图示了另外的铣车床。车床 200 包括工件承载工作台部分 202， 校准球 206 连接到该部分。测量探针 204 由工具臂 ( 未示出 ) 承载， 且该装置允许测量探针沿着 x、 y 和 x 轴相对于工作台部分 202 平移。虽然未示出， 但是工具臂可以包括可旋转部分 ( 例 如， 铣削转轴 )， 以允许所述探针围绕其纵轴线旋转。
     工作台部分 202 可以围绕 C 轴旋转。此外， 工作台部分 202 由托架承载， 允许其在 yz 平面内围绕枢转点倾斜， 即工作台部分可以围绕文中称为 B’ 轴的轴线倾斜。
     图 16 示出了倾斜到两个不同位置的工作台部分 202， 所述位置是 B’ ＝ -90°和 B’ ＝ 0°的位置。为了获取 B’ 轴 ( 即， 枢转点 ) 在 yz 平面内的位置， 可以进行以下测量过程 ：
     (i) 在 B’ ＝ -90°和 C ＝ 0°的情况下， 测量球 206 的位置。
     (ii)C 轴 转 过 180 ° ( 如 图 由 虚 线 所 示 ) 并 且 再 次 测 量 球 的 位 置 ( 即， 在 B’ ＝ -90°和 C ＝ 180°的情况下 )。
     (ii) 然后将 B 轴倾斜到 B’ ＝ 0°并在 C ＝ 180°的情况下测量所述球的位置。
     (iv)C 轴转过 180° ( 如图由虚线所示 ) 并再次测量所述球的位置 ( 即， 在 B’ ＝ 0°和 C ＝ 0°的情况下 )。
     额外地参照图 17 中所示的车床的几何示意图， 步骤 (i) 和 (ii) 中测量值的均值 给出了 B’ ＝ -90°时位于 C 轴上的第一球点测量值 (X1， Y1， Z1)。步骤 (iii) 和 (iv) 中测 量值的均值给出了 B’ ＝ 0°时位于 C 轴上的第二球点测量值 (X2， Y2， Z2)。
     Y1 和 Y2 之间的差值给出了第一半径值 r1。Z1 和 Z2 之间的差值给出了第二半径值 r2。
     平均半径值 rtrue 为 ：
     B’ 轴位置的 Y 和 Z 值为 ：
     Ypivot ＝ Y1-rtrue (13a)
     Zpivot ＝ Z1-rtrue (13b)
     这样， 可以建立 B’ 轴在 YZ 平面内的位置 P。换句话说， 可以获得工作台部分 202 的 YZ 枢转点。知道 B’ 轴的枢转点位置， 允许对于 B’ 轴的任意取向精确确定工作台部分 202 相对于测量探针 204 的位置。因此， 可以对工作台部分 202 的不同倾斜情况， 对工具臂 位置进行适当的平移误差校正。
     参照图 16 和图 17 所述的程序可以取代以上参照图 6 和图 7 所述利用长度不同的 两个测量探针进行测量 ( 或除此之外进行测量 )。还应该注意， 这种技术可以用于铣床而 不仅仅是铣车床。例如， 该技术可以用于工件安装在可倾斜工作台上的铣床。参照图 16 和 图 17 所述的技术包括具有安装在可倾斜工作台上的卡盘的车床。但是， 应该注意， 类似的 技术可以用于如下所述的回转头铣车床。
     参照图 18， 示出了具有卡盘 232 的车床， 该卡盘可以围绕 C 轴旋转。校准球 234 由 卡盘承载， 而测量探针 236 由回转头 238 承载。在该实例中， 卡盘的 C 轴相对于车床固定， 而回转头 238 是可以围绕 A 轴旋转探针 236( 或工具等 ) 的铣头。回转头 238 还可以围绕 B 轴回转。在图 18 中， 示出 B ＝ 0°和 B ＝ 90°取向的回转头。
     类似于上述方法， 可以在 B ＝ 0°和 B ＝ 90°取向的情况下， 让测量探针 236 旋转
     到 A ＝ 0°和 A ＝ 180°来获取校准球 234 的中心。这样给出了测量头上的点 (X1， Y1， Z1) 和 (X2， Y2， Z2) 相对于 ( 固定 ) 的校准球 234 中心的位置。因此， 图 17 中的几何关系还给出 了回转头 238 的枢转点， 即 B 轴的位置。同样， 知道 B 轴的位置， 允许对于中间 B 轴取向消 除任何平移误差。
     技术人员应该理解， 以上实例代表了本发明的一般校准过程。在阅读本说明书和 权利要求书之后， 技术人员可以明白本文所述具体方法的许多种变形。