UNA MÁQUINA DE PRECISIÓN

CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere al campo de las máquinas de precisión.

Más en particular, la invención se refiere tanto a métodos como a máquinas de precisión capaces de estimar errores en el posicionado de una herramienta de las mismas. En algunos casos, los métodos y las máquinas también pueden reducir tales errores. ESTADO DE LA TÉCNICA

Las máquinas de precisión, por ejemplo, las máquinas herramienta, son máquinas ampliamente usadas para procesar piezas de trabajo mediante una herramienta o una serie de herramientas. Con este fin, las herramientas de máquina incorporan una o más herramientas para realizar diferentes operaciones de procesamiento. El posicionado preciso de la herramienta o herramientas es esencial para la fabricación correcta de la pieza bajo las tolerancias requeridas.

Las máquinas de precisión se han mejorado en las últimas décadas, sin embargo, todavía son propensas a errores de posicionado mediante los cuales la herramienta dispuesta en las mismas se desplazará de una posición prevista, procesando de este modo las piezas de trabajo de manera incorrecta. Las diferencias entre la posición prevista y la posición real de la herramienta impactan negativamente en las piezas de trabajo resultantes; las piezas de trabajo deben procesarse con alta precisión para ser completamente funcionales y/o cumplir con ciertos requisitos de calidad. Existen técnicas para medir los errores de posicionado en este tipo de máquinas, tanto las técnicas directas, es decir, aquellas que miden o estiman errores a lo largo de un eje a la vez, como las técnicas indirectas, es decir, aquellas que necesitan el movimiento de varios ejes de la máquina para medir los errores. Por ejemplo, existen técnicas que dependen de artefactos de calibración, técnicas que usan interferometría láser, técnicas que usan inclinómetros para que los errores puedan medirse en dos ángulos, por nombrar unas pocas. Algunas limitaciones de estas técnicas son, sin embargo, que pueden necesitar un posicionado y una alineación cuidadosa y lenta del artefacto, que los láseres tienen un alto coste tanto para la instalación como para la operación de los mismos, entre otras.

Sería conveniente poder estimar los errores de posicionado mencionados de una manera simple y rentable. De igual forma, sería conveniente poder reducir dichos errores de posicionado una vez que se hayan estimado los mismos. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Un primer aspecto de la invención se refiere a un método para estimar (y, preferentemente, compensar) errores de posicionado de una máquina de precisión que tiene una mesa de máquina, por ejemplo, una máquina herramienta, que comprende:

- disponer una sonda de contacto en la máquina de precisión, por ejemplo, en un portaherramientas de la misma;

- disponer un artefacto de calibración en la mesa de máquina, comprendiendo el artefacto de calibración una fila con una pluralidad de esferas, estando el artefacto de calibración disponible en al menos dos configuraciones: una primera configuración tal que el artefacto de calibración pueda colocarse en la mesa de máquina, y una segunda configuración tal que el artefacto de calibración no se coloque en la mesa de máquina y no sea paralelo con un plano que contiene la superficie de la mesa de máquina (por ejemplo, en una posición semivertical inclinada);

- posicionar el artefacto en la mesa de máquina de precisión (y, por lo tanto, en la zona de trabajo de la máquina de precisión) de acuerdo con una pluralidad de posiciones predeterminadas;

- medir cada esfera de la pluralidad de esferas con la sonda de contacto para cada posición del artefacto de calibración de la pluralidad de posiciones predeterminadas;

- después de medir las esferas, determinar digitalmente la posición del centro de cada una de las esferas de la pluralidad de esferas para cada posición del artefacto de calibración de la pluralidad de posiciones predeterminadas;

- después de determinar digitalmente las posiciones de los centros de las esferas para todas las posiciones predeterminadas del artefacto de calibración:

■ calcular digitalmente los valores de las distancias basándose en las posiciones determinadas, siendo cada distancia aquella entre un par diferente de esferas adyacentes A y B de la pluralidad de esferas para la posición de artefacto predeterminada respectiva;

■ determinar digitalmente los valores de los parámetros de un modelo matemático que estima el error en cualquier punto P del volumen medido (que puede ser cualquier punto dado dentro del volumen medido, incluyendo el punto dado, pero no limitado a, el centro de una esfera), como se define en la siguiente ecuación: xyzP = uvwP + errorP donde: uvwP es la posición teórica del punto P a la que se ordena dirigirse a la máquina y se compone por las coordenadas de máquina u, v, w; xyzP es la posición real adoptada por la máquina cuando se le ordena dirigirse al punto teórico uvwP del punto P y se compone por las coordenadas reales x, y y z; errorP es el error de posicionado total en un punto P, definido a lo largo de las direcciones de los tres ejes lineales X, Y, Z, cuando la máquina se posiciona en el punto ordenado uvwP; errorP se compone de dos componentes de error: errorP = errorP (posicionado de ejes) + errorP (perpendicularidad de ejes) donde: i) error P (posicionado de ejes) es el componente de error de posicionado en un punto P debido a los errores de posicionado inherentes a los tres ejes lineales de la máquina, que se expresan con los tres parámetros vectoriales {px}, {py}, {pz}, que expresan el error de posicionado a lo largo de los tres ejes lineales en un punto P. Cada uno de los parámetros {px}, {py}, {pz} se define por una matriz de puntos a lo largo de cada uno de los ejes de la máquina, así el error de posicionado px¡ para cualquier punto (definido por el índice i) intermedio a los definidos, puede calcularse como una interpolación lineal entre los errores de puntos definidos adyacentes (definidos por los índices i-1 e i+1 respectivamente), de la siguiente manera:

¡i) error P (perpendicularidad de ejes) es el componente de error de posicionado en un punto P debido a los errores de perpendicularidad inherentes a los tres ejes lineales de la máquina, definiéndose estos errores de perpendicularidad con los tres ángulos a, b y y; los errores de perpendicularidad a, b y y producen un error de posicionado en un punto P a lo largo de los tres ejes de la máquina como se define con la expresión: errorP(perpendicularidad de ejes) por lo tanto, la ecuación: errorP = errorP (posicionado de ejes) + errorP (perpendicularidad de ejes) puede reescribirse como: Con el objetivo de determinar digitalmente los valores de los parámetros

{px}, {py}, {pz}, a, b y y del modelo matemático (1.1 ), se define la siguiente fórmula (1 .2) para cada distancia entre pares de esferas adyacentes del artefacto de calibración: dAB = | xyzA-xyzB | = | (uvwA + errorA) - (uvwB + errorB) | (1 .2) donde: dAB es la distancia teórica entre los centros de las esferas A y B del artefacto de calibración, uvwA y uvwB son las posiciones teóricas de los centros A y B del artefacto de calibración que se ordenan a la máquina y se componen de las coordenadas de máquina u, v y w, respectivamente, xyzA y xyzB son las posiciones reales adoptadas por la máquina cuando se le ordena dirigirse a los puntos teóricos uvwA y uvwB, y se componen de las coordenadas reales x, y, z, errorA y errorB son los errores cuando la máquina se posiciona en los puntos ordenados uvwA y uvwB, y | | es la función de norma que se usa para calcular la distancia entre dos puntos.

Para resolver esta fórmula (que es una función llamada de ahora en adelante f), se usará el método conocido de Idealización en torno a un punto elegido: f (P) = f (Po) + f'(Po) ^* (P-Po) (1 .3) donde: f es la función no lineal definida con la fórmula (1 .2); f (P) es el cálculo aproximado de la función f en el punto P; f (Po) es el cálculo exacto de la función f en el punto Po; f '(Po) es la derivada de la función f (el Jacobiano en el sistema multiparamétrico) evaluada en el punto Po;

P-Po es la diferencia escalar entre los valores P y Po; y así, la fórmula (1.2) se resuelve digitalmente con la fórmula linealizada (1.3), reescrito como en (1.4): donde: dAB es la distancia medida entre dos esferas adyacentes A y B, dABo es la distancia calibrada conocida entre dos esferas adyacentes A y B, la función se evalúa inicialmente para unos parámetros iniciales predeterminados (pxo = 0, pyo = 0, pzo = 0), a continuación se realizan múltiples iteraciones mediante un método numérico tal como Newton-Raphson para calcular los valores reales de los parámetros {px}, {py}, {pz}, a, b y y del modelo matemático, {px}, {py} y {pz} son los parámetros de vector mencionados anteriormente que definen los errores de posicionado del eje X, del eje Y y del eje Z, respectivamente, y a, b y y son los parámetros escalares mencionados que definen los errores de perpendicularidad entre el eje X, el eje Y y el eje Z.

Y el método comprende además: después de realizar los cálculos mencionado anteriormente, son obtenidos errores de posicionado de eje de máquina {px}, {py}, {pz} y errores de perpendicularidad de eje de máquina a, b y Y-

Por medio del presente método, el desplazamiento que tiene la herramienta con respecto a una posición prevista puede estimarse en la forma de un error de posicionado total. Por consiguiente, las imprecisiones que tiene la máquina de precisión en el posicionado de la misma pueden establecerse de tal manera que puedan tenerse en cuenta los errores esperados en el procesamiento de las piezas de trabajo. De esta manera, si el error de posicionado no se compensara, puede determinarse si la pieza de trabajo resultante puede cumplir los requisitos de calidad establecidos para la misma. Por lo tanto, la estimación del error puede usarse para fines de control de calidad y/o verificación.

La estimación del error se basa en la medición del artefacto de calibración con la sonda de contacto. El artefacto de calibración es un artefacto que se ha calibrado anteriormente con una máquina de medición de coordenadas (CMM); En este sentido, el método puede comprender además calibrar el artefacto de calibración con una CMM. Al posicionar el artefacto de calibración de acuerdo con diferentes posiciones predeterminadas en la zona de trabajo de la máquina de precisión, la medición permite la determinación de la posición del centro de todas las esferas para cada una de las posiciones predeterminadas, calculando de este modo cuánto está desplaza la sonda de contacto (y, por lo tanto, cuando está dispuesta la herramienta en la máquina de precisión) de lo previsto y, por lo tanto, la posición esperada.

El posicionado del artefacto de calibración puede realizarse de manera manual o automática, esta última se logra mediante un dispositivo de control de la máquina de precisión que opera una mesa de máquina (que, al menos en estos casos, es una mesa rotatoria), para reposicionar el artefacto de calibración. En algunos casos, el posicionado automático del artefacto de calibración requiere tener datos indicativos de cómo está dispuesto el artefacto inicialmente en la mesa de máquina (es decir, la mesa rotatoria) de tal manera que, al hacer rotar la mesa rotatoria, el artefacto se posiciona de acuerdo con una posición predeterminada de la pluralidad de posiciones. En este sentido, la sonda de contacto puede tener, en primer lugar, que medir las esferas primera y última de la fila del artefacto de calibración cuando el artefacto está en la mesa rotatoria para determinar cómo está dispuesto el artefacto sobre la misma; un usuario puede mover manualmente la mesa rotatoria para esta medición inicial de las esferas primera y última; en concreto, la máquina de precisión se mueve de tal manera que la sonda entra en contacto con la primera esfera de la fila y mide dicha primera esfera, y a continuación se mueve de tal manera que la sonda entra en contacto con la última esfera de la fila y mide dicha última esfera. De igual forma, en algunas realizaciones, la máquina de precisión está provista de medios ópticos configurados para realizar una visión informática; procesando digitalmente las medidas de los medios ópticos, por ejemplo, una cámara, un láser, etc., puede determinarse dónde y cómo se dispone el artefacto en la mesa de máquina (es decir, la mesa rotatoria). Con dichos datos, el dispositivo de control determina cómo se moverá la mesa rotatoria para que el artefacto se posicione de acuerdo con cada posición predeterminada.

Una vez que se obtienen los valores del modelo matemático, el error de posicionado de cualquier punto P dentro del volumen medido puede estimarse digitalmente con el fin de evaluar los errores de la máquina que pueden usarse para evaluar si una pieza de trabajo se procesará de tal manera que no cumplirá los requisitos de calidad, por ejemplo, si la pieza de trabajo se procesará de tal manera que se espere que una o más partes de la misma tengan o tendrán dimensiones y/o superficies que no estén dentro de un conjunto de dimensiones y/o requisitos de superficies predeterminados.

Los parámetros del modelo matemático y/o los valores de error de posicionado obtenidos pueden emitirse (por ejemplo, con medios de comunicación cableados/inalámbricos de la máquina de precisión, pueden transmitirse a un dispositivo de presentación, por ejemplo, una pantalla, en un dispositivo de presentación de la máquina de precisión, por ejemplo, una interfaz hombre máquina, etc.); sobre este último, los valores de error de posicionado pueden generarse como conjuntos de valores de error, cada conjunto corresponde a uno de los ejes X, Y y Z. Estos conjuntos, que puede proporcionarse de diferentes maneras, por ejemplo, como tablas, gráficas, etc., indican el desplazamiento de la sonda o herramienta de contacto en el eje respectivo en cada posición medida. Por consiguiente, los valores de error para las posiciones no medidas pueden calcularse usando el modelo proporcionado con los parámetros estimados {px}, {py}, {pz}, a, b y y. Aunque el método se ha divulgado de tal manera que se calculan los parámetros {px}, {py}, {pz} y los parámetros a, b y y, un experto en la materia observará que el método también puede realizarse para uno solo de los dos conjuntos de parámetros, es decir, solo se calculan los parámetros {px}, {py}, {pz} de tal manera que el error P consiste en el error P (posicionado de ejes), o solo se calculan los parámetros a, b y y de tal manera que el error P consista en el error P (perpendicularidad de ejes), por lo que solo se estima un conjunto de errores, en concreto, solo se estiman los errores en un punto a lo largo de los tres ejes de máquina debido a los errores de posicionado del eje X, del eje Y y del eje Z de la máquina, o solo se estiman los errores en un punto a lo largo de los tres ejes de máquina debido a errores de perpendicularidad de máquina entre el eje X, el eje Y y el eje Z. Dichas realizaciones del método también están dentro del alcance de la presente divulgación. Tales realizaciones pueden reducir la carga de cálculo para el cálculo de los parámetros del modelo, que en algunos casos es preferible cuando los errores de posicionado o los errores de perpendicularidad de la máquina de precisión son insignificantes con respecto al otro tipo de errores; dicho de otra forma, cuando los errores de posicionado o los errores de perpendicularidad de la máquina de precisión son vahas veces mayores que los errores de perpendicularidad o los errores de posicionado, respectivamente, solo pueden calcularse los errores más significativos con el fin de reducir la carga de cálculo.

Un dispositivo de control, por ejemplo, un control numérico, opera la máquina de precisión y realiza los diferentes cálculos numéricos para estimar los errores de posicionado.

Además, en algunos casos, el método también hace posible compensar los errores de máquina para mejorar la precisión del posicionado de la herramienta y aumentar la calidad de las piezas de trabajo procesadas y las piezas terminadas resultantes. Con este fin, en algunas realizaciones, el método comprende además compensar un error de posicionado de la máquina de precisión moviendo la máquina de precisión de acuerdo con los valores de error obtenidos para cada uno de los ejes X, Y y Z basándose en una posición de la máquina de precisión.

El error de posicionado estimado puede procesarse digitalmente de tal manera que se obtengan comandos de movimiento para mover la máquina de precisión con el fin de compensar dicho error. Debido a este movimiento, puede reducirse el error de posicionado de la herramienta al procesar la pieza de trabajo.

Como se ha observado anteriormente, en algunas realizaciones, en el método solo se calcula uno de los dos conjuntos de parámetros del modelo. En algunas de estas realizaciones, la compensación del error de posicionado en cualquier punto se efectúa de acuerdo con el conjunto de parámetros calculados y no con ambos. De igual forma, en algunas realizaciones, se calculan ambos conjuntos de parámetros del modelo, pero solo se considera uno de ellos para la compensación.

En algunas realizaciones, el método comprende, además, antes de compensar el error de posicionado, retirar la sonda de contacto de la máquina de precisión y disponer una herramienta para procesar una pieza de trabajo en la máquina de precisión.

En algunas realizaciones, el método comprende además procesar una pieza de trabajo con la herramienta; y la compensación del error de posicionado se realiza mientras se procesa la pieza de trabajo con la herramienta.

Durante el procesamiento de la pieza de trabajo, la posición de la máquina de precisión se procesa digitalmente con el fin de recuperar los valores de error estimados para dicha posición, y la máquina de precisión se mueve de acuerdo con dichos valores de error con el fin de compensar el error de posicionado.

En algunas realizaciones, la pluralidad de posiciones predeterminadas en las que debe posicionarse el artefacto de calibración comprende las siguientes posiciones predeterminadas que se explican visualmente en la figura 2: artefacto a lo largo de un eje XX de la máquina de precisión; artefacto a lo largo de un eje YY de la máquina de precisión; artefacto a lo largo de un eje XY de la máquina de precisión; artefacto a lo largo de un eje XZ de la máquina de precisión; artefacto a lo largo de un eje ZY de la máquina de precisión; y artefacto a lo largo de un eje XYZ de la máquina de precisión.

Estas posiciones se consideran suficientes para lograr una solución en el cálculo, posiciones adicionales mejorarán la precisión del resultado del cálculo. No obstante, un experto en la materia observará que son posibles y suficientes otros conjuntos de posiciones diferentes a los anteriores para lograr una solución en el cálculo y que también son parte de la presente divulgación. Por consiguiente, un experto en la materia puede estimar y, opcionalmente, corregir errores de posicionado con el método de la presente divulgación con otras pluralidades de posiciones predeterminadas, incluyendo pluralidades de posiciones predeterminadas con un mayor número de posiciones para mejorar la precisión del resultado del cálculo.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a una máquina de precisión, por ejemplo, una máquina herramienta, que comprende: una mesa de máquina; un portaherramientas; una sonda de contacto dispuesta en el portaherramientas; una herramienta para procesar una pieza de trabajo, estando la herramienta disponible en el portaherramientas; un artefacto de calibración que comprende una fila con una pluralidad de esferas, estando el artefacto de calibración disponible en al menos dos configuraciones: una primera configuración tal que el artefacto de calibración pueda colocarse en la mesa de máquina, y una segunda configuración tal que el artefacto de calibración no se coloque en la mesa de máquina y no sea paralelo con un plano que contiene la superficie de la mesa de máquina; y un dispositivo de control al menos configurado para ordenar lo siguiente:

- hacer que la sonda de contacto mida cada esfera de la pluralidad de esferas cuando el artefacto de calibración se posicione de acuerdo con cada posición de una pluralidad de posiciones predeterminadas;

- determinar una posición del centro de cada una de las esferas de la pluralidad de esferas después de medirlas con la sonda de contacto en cada posición de la pluralidad de posiciones de artefacto predeterminadas; y

- realizar los cálculos descritos haciendo referencia al primer aspecto de la invención con el fin de obtener errores de posicionado de eje de máquina {px}, {py}, {pz} y errores de perpendicularidad de eje de máquina a, b y y que constituyen los parámetros del modelo matemático.

La máquina de precisión es capaz de estimar sus errores de posicionado en la zona de trabajo de la misma de tal manera que, cuando se dispone una herramienta en la misma, se obtiene un desplazamiento estimado en la posición de la herramienta. Una pieza de trabajo procesada con la herramienta estará sujeta a un procesamiento con un desplazamiento de la herramienta, por lo tanto, es conveniente la estimación de los errores de posicionado para evaluar la calidad esperada de la pieza de trabajo si se procesa por la máquina de precisión.

El dispositivo de control puede ser, por ejemplo, un control numérico que opera la máquina de precisión.

En algunas realizaciones, la mesa de máquina es o comprende una mesa rotatoria.

En algunas realizaciones, el dispositivo de control está configurado además para ordenar lo siguiente: hacer que la sonda de contacto mida al menos las esferas primera y última de la pluralidad de esferas cuando el artefacto de calibración está dispuesto en la mesa de máquina (es decir, la mesa rotatoria); y mover la mesa de máquina para posicionar el artefacto de acuerdo con cada posición de la pluralidad de posiciones predeterminadas. En algunas otras realizaciones, la máquina de precisión comprende además uno o más dispositivos ópticos, y el dispositivo de control está configurado además para ordenar lo siguiente: determinar la posición del artefacto de calibración basándose en las mediciones de uno o más dispositivos ópticos cuando el artefacto de calibración está dispuesto en la mesa de máquina (es decir, mesa rotatoria); y mueva la mesa de máquina para posicionar el artefacto de acuerdo con cada posición de la pluralidad de posiciones predeterminadas.

En algunas realizaciones, el dispositivo de control está configurado además para ordenar lo siguiente: estimar un error de posicionado de cualquier punto P dentro del volumen medido con el fin de evaluar los errores de la máquina de precisión que pueden usarse para evaluar si una pieza de trabajo se procesará de tal manera que no cumplirá los requisitos de calidad.

En algunas realizaciones, el dispositivo de control está configurado además para compensar un error de posicionado de la máquina de precisión ordenando mover la máquina de precisión de acuerdo con los valores de error obtenidos para cada uno de los ejes X, Y y Z basándose en una posición de la máquina de precisión.

El dispositivo de control de la máquina de precisión es capaz de ordenar la compensación por el error de posicionado en los ejes X, Y y Z basándose en los valores de error estimados moviendo la máquina de precisión.

En algunas realizaciones, el dispositivo de control está configurado además para ordenar el procesamiento de una pieza de trabajo con la herramienta; y el dispositivo de control compensa el error de posicionado mientras procesa la pieza de trabajo con la herramienta.

El dispositivo de control compensa el error de posicionado durante el procesamiento de la pieza de trabajo, es decir, la compensación se realiza en tiempo real.

Un tercer aspecto de la invención se refiere a un producto de programa informático que tiene instrucciones que, cuando se ejecutan por un dispositivo de control de una máquina de precisión, por ejemplo, una máquina herramienta, que comprende una mesa de máquina, hacen que el dispositivo de control ordene:

- hacer que una sonda de contacto de la máquina de precisión mida cada esfera de una pluralidad de esferas de un artefacto de calibración cuando el artefacto de calibración esté tanto dispuesto en la mesa de máquina como posicionado de acuerdo con cada posición del conjunto de posiciones predeterminadas, comprendiendo el artefacto de calibración una fila con la pluralidad de esferas, estando el artefacto de calibración disponible en al menos dos configuraciones: una primera configuración tal que el artefacto de calibración pueda colocarse en la mesa de máquina, y una segunda configuración tal que el artefacto de calibración no se coloque en la mesa de máquina y no sea paralelo con un plano que contiene la superficie de la mesa de máquina;

- determinar una posición del centro de cada una de las esferas de la pluralidad de esferas después de medirlas con la sonda de contacto en cada posición de la pluralidad de posiciones de artefacto predeterminadas; y

- realizar los cálculos descritos haciendo referencia al primer aspecto de la invención con el fin de obtener errores de posicionado de eje de máquina {px}, {py}, {pz} y errores de perpendicularidad de eje de máquina a, b y y que constituyen los parámetros del modelo matemático.

Al ejecutar las instrucciones en el dispositivo de control de la máquina de precisión, puede estimarse el error de posicionado de la máquina de precisión y las herramientas dispuestas en la misma y, preferentemente, también reducirse.

En algunas realizaciones, el producto de programa informático está embebido en un medio legible por ordenador no transitorio.

En algunas realizaciones, además, las instrucciones hacen que el dispositivo de control ordene adicionalmente mover automáticamente la mesa de máquina (cuando la máquina de precisión comprende una mesa de máquina en la forma de mesa rotatoria) para posicionar el artefacto de acuerdo con cada posición de la pluralidad de posiciones predeterminadas.

Un cuarto aspecto de la invención se refiere a un flujo de datos que es representativo de un producto de programa informático de acuerdo con el tercer aspecto de la invención.

Las mismas ventajas que las descritas para el primer aspecto de la invención también pueden aplicarse al segundo, tercer y/o cuarto aspectos de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para completar la descripción y con el fin de proporcionar una mejor comprensión de la invención, se proporciona un conjunto de dibujos. Dichos dibujos forman parte integral de la descripción e ¡lustran las realizaciones de la invención, que no deberían interpretarse como una restricción del alcance de la invención, sino solo como ejemplos de cómo puede realizarse la invención. Los dibujos comprenden las siguientes figuras:

La figura 1 muestra esquemáticamente un error de posicionado de una máquina de precisión y una herramienta dispuesta en la misma.

La figura 2 muestra esquemáticamente diferentes posicionados de un artefacto de calibración de las realizaciones de la invención.

Las figuras 3 y 4 muestran esquemáticamente un modelo de error de posicionado de eje y un modelo de error de perpendicularidad, respectivamente, de las realizaciones de la invención.

La figura 5 muestra unas representaciones gráficas que representan errores de posicionado medidos y errores de posicionado estimados en posiciones diferentes de las medidas.

Las figuras 6 y 7 muestran errores en las distancias medidas entre diferentes pares de esferas antes y después de la aplicación de la compensación calculada para el error de posicionado.

La figura 8 muestra unos artefactos de calibración a modo de ejemplo de acuerdo con realizaciones.

DESCRIPCIÓN DE LAS FORMAS DE REALIZAR LA INVENCIÓN

La figura 1 muestra esquemáticamente una máquina de precisión 10.

La máquina de precisión 10 comprende un dispositivo de control 11, una mesa de máquina, que puede ser una mesa rotatoria y un portaherramientas 15 adaptado para recibir una sonda de contacto 17 o una herramienta 18 para procesar una pieza de trabajo 30.

Durante la operación de la máquina de precisión 10, la misma se posiciona basándose en una posición prevista de tal manera que la sonda de contacto 17 o la herramienta 18 tengan una posición prevista 20, que tiene unas coordenadas [X, Y, Z] Debido a los errores de posicionado 25, la máquina de precisión 10 y, por lo tanto, la sonda de contacto 17 o la herramienta 18 están desplazadas a una posición errónea 21 , que tiene las coordenadas [X, Y', 71 Por consiguiente, la pieza de trabajo 30 no se procesará adecuadamente si dichos errores de posicionado 25 no se tienen en cuenta o no se compensan.

La figura 2 muestra esquemáticamente diferentes posicionados de un artefacto de calibración 50 de las realizaciones de la invención, cada uno ¡lustrado con un conjunto diferente de marcadores como se indica en la leyenda.

El artefacto de calibración 50 incluye una fila con una pluralidad de esferas 51 que se usan para la calibración de una máquina de precisión tal como, por ejemplo, la máquina de precisión 10 de la figura 1. Cada artefacto de calibración ¡lustrado 50 es el mismo artefacto de calibración dispuesto de acuerdo con una posición predeterminada diferente de una pluralidad de posiciones predeterminadas.

Un dispositivo de control de una máquina de precisión ordena el movimiento de la mesa rotatoria de la máquina de la máquina de precisión de tal manera que el artefacto de calibración 50 dispuesto en la mesa rotatoria se posiciona secuencialmente de acuerdo con cada una de las disposiciones ¡lustradas. Por consiguiente, el artefacto de calibración 50 se dispondrá de acuerdo con cada uno de los siguientes: a lo largo del eje XX de la máquina de precisión, a lo largo del eje YY de la máquina de precisión, a lo largo de una línea localizada dentro del plano XY de la máquina de precisión, a lo largo de una línea localizada dentro del plano XZ de la máquina de precisión, a lo largo de una línea localizada dentro del plano ZY de la máquina de precisión y a lo largo de una línea localizada dentro del plano XYZ de la máquina de precisión.

En cada una de estas disposiciones o posicionados, una sonda de contacto dispuesta en la máquina de precisión mide las diferentes esferas 51 de la fila de tal manera que, basándose en sus medidas, el dispositivo de control establece numéricamente el centro de cada esfera 51 . Con dichas mediciones y determinaciones centrales, y conociendo la distancia entre cada par de esferas, ya que es un artefacto de calibración 50, el dispositivo de control es capaz de estimar, a continuación, los errores de posicionado en cualquier punto dentro del volumen de trabajo medido.

La figura 3 muestra esquemáticamente un modelo de error de posicionado de eje, por ejemplo para uno de los ejes X, Y y Z, por lo tanto, para cada uno de los tres ejes se proporciona un modelo similar. En la figura 3, los puntos A y B representan dos esferas adyacentes cualquiera del artefacto de calibración. La línea con una forma similar a una sinusoidal es el error de posicionado del eje considerado. dABn es la distancia calibrada entre las dos esferas.

Se observará que la figura 3 muestra un par genérico de esferas que no están dispuestas a lo largo de un eje de máquina único, sino en un plano genérico XYZ.

El error de posicionado se modela mediante posiciones de interés, es decir, poses, para el eje en cuestión donde se define el parámetro que caracteriza el error de posicionado, en esa posición. Por consiguiente, en la representación de la figura 3, se ¡lustra el error modelado para cualquier eje de máquina, por ejemplo; como se ha mencionado, pueden realizarse representaciones similares para los ejes Y y Z.

Siendo dABo la función evaluada para los parámetros iniciales (pxo, pyo, pzo), que a continuación se actualizan en cada iteración, y px, py, y pz son parámetros que definen los modelos de error de posicionado del eje X, del eje Y y del eje Z, respectivamente. Habrá tantas funciones como distancias se midan entre las esferas. Finalmente, se obtienen los tres parámetros px, py y pz.

La figura 4 muestra esquemáticamente un modelo de error de perpendicularidad.

Con el fin de caracterizar este modelo, se establecen los siguientes criterios: el eje X se toma como eje de referencia de tal manera que el eje Z carece de perpendicularidad con respecto a los ejes X e Y, y el eje Y carece de perpendicularidad con respecto al eje X.

La figura 5 muestra unas representaciones gráficas que representan errores de posicionado medidos y errores de posicionado estimados en posiciones diferentes de las medidas.

En cada una de las representaciones gráficas se representa el error de posicionado para uno de los tres ejes. En particular, en el representación gráfica superior se muestra el error de posicionado en el eje X frente a la posición de la máquina de precisión a lo largo de dicho eje X, en el medio de la representación gráfica se muestra el error de posicionado en el eje Y frente a la posición de la máquina de precisión a lo largo de dicho eje Y, y en el representación gráfica más inferior se muestra el error de posicionado en el eje Z frente a la posición de la máquina de precisión a lo largo de dicho eje Z.

Se muestran con círculos los errores de posicionado medidos para las posiciones a lo largo de dicho eje donde la máquina de precisión ha medido las esferas del artefacto de calibración, y se muestran con cuadrados los errores de posicionado estimados para algunas posiciones a lo largo de dicho eje diferentes de las posiciones donde la máquina de precisión ha medido las esferas del artefacto de calibración.

La figura 6 muestra errores en las distancias medidas entre diferentes pares de esferas antes y después de la aplicación de la compensación calculada para el error de posicionado. Más en particular, lo que se representa es, por un lado, los errores (con marcadores de círculo) de las distancias medidas inicialmente entre pares de esferas del artefacto cuando los errores de la máquina afectan el posicionado de la máquina y, por lo tanto, a esas mediciones, y por otro lado los residuos de error (con marcadores cuadrados) de las distancias medidas finales entre pares de esferas cuando se han corregido los errores de posicionado de la máquina. Una de las curvas muestra dichas diferencias cuando la máquina de precisión está compensando el error de posicionado y la otra muestra dichas diferencias cuando la máquina de precisión no está realizando dicha compensación.

La figura 7 muestra los errores de posicionado iniciales (con marcadores de círculo) de la máquina a lo largo de su eje X, y los errores de posicionado finales (con marcadores cuadrados) de la máquina a lo largo de su eje X después de que esos errores se hayan compensado.

La figura 8 muestra los artefactos de calibración a modo de ejemplo 50 de acuerdo con las realizaciones.

Cada artefacto de calibración 50 comprende una fila con una pluralidad de esferas 51 . En la fila, pueden identificarse una primera esfera 51 a y una última esfera 51 b a partir de la pluralidad de esferas 51 como son las esferas 51a, 51 b en los extremos de la fila. Aunque la primera esfera se ha referenciado con el número 51a y la última esfera se ha referenciado con el número 51b, es evidente que al revés también sería posible ya que la sonda de contacto de una máquina de precisión puede medir ambas.

Uno de los artefactos de calibración 50 está dispuesto horizontalmente en relación con un plano XY, por ejemplo, en la mesa de máquina de una máquina de precisión, mientras que el otro de los artefactos de calibración 50 está dispuesto diagonalmente de tal manera que se encuentra en un plano XZ. Con este fin, los soportes 52 pueden estar dispuestos para sostener el artefacto de calibración 50 de tal manera que diferentes partes del mismo estén en diferentes posiciones verticales.

Cuando los ejes X, Y y Z ¡lustrados son los de la máquina de precisión, el artefacto de calibración 50 dispuesto horizontalmente está dispuesto a lo largo del eje XX, y el artefacto de calibración 50 dispuesto diagonalmente está dispuesto a lo largo del eje XZ.

En algunas realizaciones, el artefacto de calibración 50 representado en la figura 8 o en la figura 2 es un artefacto de calibración único 50 que puede disponerse de tal manera que la primera parte del mismo (la parte dispuesta horizontalmente) pueda colocarse sobre una mesa de máquina y una segunda parte del mismo (la parte dispuesta diagonalmente) no sea paralela a un plano que contiene la superficie de la mesa de máquina. Un experto en la materia observará que son posibles diferentes artefactos de calibración y disposiciones de los mismos dentro del alcance de la presente divulgación.

En este texto, el término "comprende" y sus derivaciones (como "comprendiendo", etc.) no deberían entenderse en un sentido excluyente, es decir, estos términos no deben interpretarse como excluyentes de la posibilidad de que lo que se describe y define puede incluir elementos, etapas, etc. Por otro lado, la invención obviamente no se limita a la o las realizaciones específicas descritas en el presente documento, sino que también abarca cualquier variación que pueda considerarse por cualquier experto en la materia (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, la configuración, etc.), dentro del alcance general de la invención como se define en las reivindicaciones.