CABEZAL GIRATORIO DE UNA MÁQUINA DE PRECISIÓN Y MAQUINA DE

PRECISIÓN

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere al campo de las máquinas de precisión. Más particularmente, la invención se refiere tanto a métodos como a máquinas de precisión capaces de estimar errores en el posicionamiento de un cabezal giratorio de una máquina de precisión. En algunos casos, los métodos y las máquinas de precisión también pueden reducir dichos errores.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Las máquinas de precisión, por ejemplo, las máquinas herramienta, las máquinas de posicionamiento, los robots con cinemática en serie o en paralelo, las máquinas de extracción de piezas de contenedores "bin picking", o cualquier otra máquina dispuesta con cualquier número de ejes de rotación, son máquinas ampliamente utilizadas para lograr un posicionamiento preciso de la herramienta o del efector final, que, por ejemplo, en el caso de las máquinas herramienta es esencial para la correcta fabricación de la pieza dentro de las tolerancias. En este sentido, las máquinas de precisión incorporan una o más herramientas o efectores finales para realizar diferentes operaciones de procesamiento. Cada herramienta seleccionada se debe disponer en el cabezal de la máquina de precisión cuando se va a realizar la operación, por ejemplo, cuando una máquina herramienta fabrica una pieza de trabajo.

Muchas máquinas de precisión incorporan un cabezal giratorio para que la herramienta pueda alcanzar diferentes partes de la pieza de trabajo y/o con diferentes ángulos. Con este fin, el cabezal incorpora una pluralidad de miembros, de los cuales, cada uno, puede girar con respecto a los otros miembros alrededor de un eje de rotación. Aunque las máquinas de precisión han mejorado en las últimas décadas, todavía sufren errores de posicionamiento cuando se gira el cabezal, procesando así las piezas de trabajo de forma incorrecta.

Las diferencias entre la posición esperada y la posición real de la herramienta afectan negativamente a las piezas de trabajo resultantes porque las piezas de trabajo deben procesarse con alta precisión para que sean completamente funcionales y/o cumplan ciertos requisitos de calidad. Este problema generalmente se exacerba cuanto mayor es el número de grados de libertad existentes en la máquina de precisión y el cabezal de la misma como resultado de posibles rotaciones.

Una técnica utilizada actualmente para reducir el efecto de este problema es la calibración del cabezal giratorio en posiciones de rotación específicas y discretas, es decir, combinaciones de ángulos específicos, mediante una sonda dispuesta en el cabezal que entra en contacto con una esfera de referencia. Estas combinaciones de ángulos específicos son las de uso más común cuando se procesa una pieza de trabajo, así, cuando se establecen estas combinaciones en el cabezal, el error de posicionamiento puede corregirse debido al conocimiento de dicho error durante el procedimiento de calibración. Sin embargo, cuando se establecen combinaciones de ángulos no calibrados (por ejemplo, en la fabricación continua de 5 ejes), no se ha determinado tal error para las mismas y, por lo tanto, el error no se puede corregir. Esto, a su vez, tiene como resultado el procesamiento de una pieza de trabajo con el error de posicionamiento de la herramienta que presenta el cabezal giratorio para esa combinación de ángulos.

Es necesario una mayor precisión en el procesamiento de las piezas de trabajo para la mayoría o la totalidad del área de trabajo del cabezal giratorio porque la calibración de ángulos muy específicos se considera insuficiente.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Un primer aspecto de la invención se refiere a un método para estimar al menos errores en el posicionamiento de un cabezal giratorio de una máquina de precisión, que comprende: - dotar a la máquina de precisión del cabezal giratorio, comprendiendo el cabezal giratorio al menos un primer y un segundo miembros, estando el primer miembro acoplado a la máquina de precisión de manera que el primer miembro puede girar alrededor de un primer eje, y estando el segundo miembro acoplado al primer miembro de manera que el segundo miembro puede girar alrededor de un segundo eje;

- disponer una sonda de contacto en el segundo miembro (por ejemplo, en el portaherramientas);

- contactar una esfera de referencia con la sonda de contacto una pluralidad de veces, presentando el cabezal giratorio diferentes combinaciones del primer y segundo ángulos, siendo el primer ángulo el ángulo del primer miembro alrededor del primer eje, y siendo el segundo ángulo el ángulo del segundo miembro alrededor del segundo eje;

- determinar digitalmente la posición del centro de la esfera de referencia para cada combinación del primer y segundo ángulos del cabezal giratorio de la etapa de contacto, es decir, se determina el centro para cada combinación del cabezal giratorio cuando la sonda de contacto ha contactado con la esfera de referencia en la etapa de contacto;

- registrar digitalmente los valores de error, siendo cada valor de error una diferencia entre una posición determinada y una posición de referencia predeterminada para el centro de la esfera de referencia a lo largo de la dirección de uno de los tres ejes lineales, registrándose los tres valores de error junto con los datos indicativos de cada combinación del primer y segundo ángulos del cabezal giratorio cuando la esfera de referencia es contactada con la sonda de contacto; - retirar la sonda de contacto del segundo miembro y disponer una herramienta en el segundo miembro; y

- antes y/o durante el procesamiento de una pieza de trabajo con el cabezal giratorio presentando una combinación de un primer ángulo objetivo, como primer ángulo, y un segundo ángulo objetivo, como segundo ángulo, y estando la herramienta dispuesta en el mismo, dicho de otra forma, cuando se procesa una pieza de trabajo o se va a procesar con la herramienta y el cabezal giratorio presenta la combinación del primer y segundo ángulos objetivo: recuperar digitalmente una pluralidad de errores registrados cuyas combinaciones del primer y segundo ángulos se aproximan más al primer y segundo ángulos objetivo, respectivamente, comprendiendo cada error registrado recuperado digitalmente sus respectivos tres valores de error; y estimar digitalmente los valores de error a lo largo de la dirección de cada eje lineal para la combinación del primer y segundo ángulos objetivo interpolando los valores de error de la pluralidad de errores registrados recuperados digitalmente en función de las respectivas combinaciones del primer y segundo ángulos.

El presente método permite estimar los errores de posicionamiento del cabezal giratorio y, por tanto, de la herramienta dispuesta en el mismo, haciendo así posible determinar si el procesamiento de la pieza de trabajo no será correcto. Los errores pueden estimarse para combinaciones que no se hayan calibrado, dicho de otra forma, para combinaciones de ángulos diferentes a los utilizados al contactar la esfera de referencia (que se utiliza como esfera de calibración) con la sonda de contacto, siendo las últimas combinaciones las calibradas. Dicha estimación puede llevarse a cabo mediante un dispositivo de control numérico de la máquina de precisión, por ejemplo, un control numérico, un controlador lógico programable, etc. La máquina de precisión puede ser una máquina herramienta, una máquina de posicionamiento, un robot con cinemática en serie o en paralelo, una máquina de extracción de piezas de contenedores, o cualquier otra máquina de precisión dispuesta con cualquier número de ejes de rotación.

Después de contactar la esfera de referencia con la sonda de contacto mientras el cabezal giratorio presenta una combinación de primer y segundo ángulos en los cabezales giratorios de dos ejes giratorios, o el número de ejes requeridos en cualquier otro cabezal con cualquier otro número de ejes giratorios, se determina digitalmente la posición del centro de la esfera en función de dicha medida, luego, se efectúa un contacto adicional de la esfera de referencia con la sonda de contacto mientras el cabezal giratorio presenta otra combinación del primer y segundo ángulos, y se determina de nuevo la posición del centro de la esfera digitalmente en función de dicha medida. El proceso se repite una pluralidad de veces para calibrar una pluralidad de combinaciones del primer y segundo ángulos. Cada posición determinada estará desplazada de la posición esperada (es decir, la posición de referencia predeterminada para el centro de la esfera de referencia) debido a la rotación imperfecta de los miembros, lo que provoca un desplazamiento en la posición de uno o ambos miembros primero y segundo, desplazando también así la herramienta de su posición esperada. La posición esperada es la posición donde el centro de la esfera de referencia tendría que estar si el miembro o miembros no hubieran sido objeto de un desplazamiento; preferentemente, la posición de referencia predeterminada es la posición determinada del centro de la esfera de referencia cuando el error de posicionamiento angular tanto del primer como del segundo ángulo es cero, ya que en ese caso existe poco o ningún desplazamiento del cabezal. Calculando la diferencia entre la posición determinada y la esperada, se determina el error para la combinación real de los ángulos primero y segundo utilizados cuando entra en contacto con la esfera de referencia. Cada error comprende tres valores de error, uno para cada uno de los tres ejes lineales, preferentemente, de un sistema global de coordenadas cartesianas; dicho de otra forma, un valor de error para el eje X, un valor de error para el eje Y, así como un valor de error para el eje Z. Al registrar los diferentes valores de error, por ejemplo, en una memoria del dispositivo de control, la máquina de precisión puede recuperar posteriormente el grupo de tres valores de error para cualquier combinación del primer y segundo ángulos utilizados al entrar en contacto con la esfera de referencia durante la calibración.

De la misma manera, la máquina de precisión puede recuperar dichos errores para estimar los tres valores de error para cualquier otra combinación diferente del primer y segundo ángulos, por ejemplo, una combinación del primer y segundo ángulos objetivo. Con este fin, se recupera un número de errores (cada uno con los tres valores de error respectivos), por ejemplo, dos, tres, cuatro, cinco o incluso más errores. Preferentemente, estos errores se proporcionaron para combinaciones del primer y segundo ángulos que se aproximan más a la combinación del primer y segundo ángulos objetivo, en concreto, la distancia angular entre la combinación del primer y segundo ángulos es lo más corta posible con respecto a la combinación del primer y segundo ángulos objetivo. La recuperación de ciertos errores es tal que la interpolación de los valores de error que hay que estimar pueda ser tan precisa como sea posible.

En algunas realizaciones, las etapas de recuperación digital y de estimación digital se llevan a cabo después de seleccionar la combinación del primer y segundo ángulos objetivo. En algunas de estas realizaciones, las etapas de recuperación digital y de estimación digital se llevan a cabo durante la etapa de procesamiento de la pieza de trabajo con la herramienta.

Los tres valores de error se pueden estimar durante el uso de la máquina de precisión y de manera continua. Dicho de otra forma, los valores de error se pueden estimar cada vez que se selecciona una nueva combinación del primer y segundo ángulos objetivo, por lo tanto, el proceso puede ser en tiempo real o prácticamente en tiempo real para que se puedan tomar medidas correctivas durante el funcionamiento de la máquina de precisión, e incluso durante el procesamiento de la pieza de trabajo.

En algunas realizaciones, el método además comprende mover la máquina de precisión para compensar los tres valores de error estimados digitalmente; con este fin, se puede mover uno, dos o los tres ejes lineales móviles de la máquina de precisión para compensar el error. En algunas de estas realizaciones, la etapa de mover tiene lugar antes de la etapa de procesamiento de la pieza de trabajo. En algunas de estas realizaciones, la etapa de mover tiene lugar durante la etapa de procesamiento de la pieza de trabajo. Basándose en los valores de error estimados, se toman medidas correctivas moviendo la máquina de precisión por sus tres ejes lineales (X, Y, Z), de manera que se compense el error según se ha estimado. Por consiguiente, la máquina de precisión se mueve a lo largo de cada eje lineal la cantidad estimada, pero con signo opuesto, es decir, en dirección opuesta. Esta acción correctiva es posible porque los valores de error se estiman y pueden proporcionarse en tiempo real.

En algunas realizaciones, el método además comprende convertir los valores de error estimados digitalmente de un sistema de coordenadas cartesianas global en un sistema de coordenadas cartesianas de la máquina de precisión; y el movimiento de la máquina de precisión se basa en los valores de error del sistema de coordenadas global convertidos al sistema de coordenadas local de la máquina de precisión.

Preferentemente, los valores de error estimados digitalmente pueden registrarse en el sistema de coordenadas cartesianas global para que puedan usarse con más facilidad independientemente de la herramienta utilizada en la máquina de precisión. Cada herramienta de la máquina de precisión puede dar como resultado un sistema de coordenadas cartesianas de la máquina diferente del sistema de coordenadas cartesianas de la máquina cuando se utiliza otra herramienta debido a cómo se operan las herramientas. Al recuperar digitalmente los errores, sus valores de error se convierten al sistema de coordenadas cartesianas de la máquina y se toma la acción correctiva en forma de movimiento de la máquina de precisión de conformidad con los valores de error convertidos.

En algunas realizaciones, la pluralidad de errores registrados que se recupera digitalmente son cuatro errores registrados (comprendiendo cada uno de los cuatro errores registrados los tres valores de error) cuyas combinaciones del primer y segundo ángulos se aproximan más al primer y segundo ángulos objetivo, respectivamente.

En algunas realizaciones, cada uno de los cuatro errores registrados tiene una combinación del primer y segundo ángulos de manera que el primer y segundo ángulos objetivo estén dentro de los valores de las cuatro combinaciones registradas y que más se aproximan al primer y segundo ángulos, cada uno con su error respectivo (comprendiendo cada uno de los cuatro errores registrados los tres valores de error). Concretamente: A1 > TA, B1 > TB; A2 > TA, B2 < TB; A3 < TA, B3 > TB; y A4 < TA, B4 < TB. Donde: TA y TB son el primer y segundo ángulos objetivo, respectivamente; A1 y B1 son el primer y segundo ángulos de la combinación del primer error recuperado digitalmente, respectivamente; A2 y B2 son el primer y segundo ángulos de la combinación del segundo error recuperado digitalmente, respectivamente; A3 y B3 son el primer y segundo ángulos de la combinación del tercer error recuperado digitalmente, respectivamente; y A4 y B4 son el primer y segundo ángulos de la combinación del cuarto error recuperado digitalmente, respectivamente.

Por consiguiente, cada par de ángulos An y Bn de un error recuperado digitalmente (siendo n el enésimo error recuperado) es tal que cumple el criterio respectivo anterior y es el que más se aproxima al par de ángulos TA y TB. De esta forma, la interpolación utilizada para la estimación digital tiene los tres valores de error de cuatro lados diferentes, de modo que la estimación llega a un compromiso entre simplicidad (porque la interpolación con cuatro puntos dispuestos de esta manera es computacionalmente simple) y precisión.

En algunas realizaciones, la interpolación para estimar digitalmente el valor de error a lo largo de la dirección de cada eje lineal es o comprende una interpolación bilineal.

En algunas realizaciones, la combinación del primer y segundo ángulos objetivo (de la etapa antes y/o durante el procesamiento de una pieza de trabajo) no es ninguna combinación utilizada en la etapa de contacto, es decir, no es ninguna combinación del cabezal giratorio cuando la esfera de referencia es contactada con la sonda de contacto.

En algunas realizaciones, el método además comprende seleccionar la combinación del primer y segundo ángulos objetivo (de la etapa antes y/o durante el procesamiento de una pieza de trabajo).

En algunas realizaciones, el método además comprende la etapa de procesamiento de la pieza de trabajo (presentando el cabezal giratorio la combinación del primer ángulo objetivo, como primer ángulo, y el segundo ángulo objetivo, como segundo ángulo, y la herramienta dispuesta en el mismo).

En algunas realizaciones, la herramienta es una fresadora o una perforadora.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a una máquina de precisión (por ejemplo, una máquina herramienta, una máquina de posicionamiento, un robot con cinemática en serie o en paralelo, una máquina de extracción de piezas de contenedores, o cualquier otra máquina de precisión dispuesta con cualquier número de ejes de rotación) que comprende:

- un cabezal giratorio que comprende al menos un primer y un segundo miembros, estando el primer miembro acoplado a la máquina de precisión de manera que el primer miembro gira alrededor de un primer eje, y estando el segundo miembro acoplado al primer miembro de manera que el segundo miembro puede girar alrededor de un segundo eje;

- una sonda de contacto adaptada para un acoplamiento separable con el segundo miembro; - una herramienta adaptada para un acoplamiento separable con el segundo miembro; y

- un dispositivo de control, por ejemplo, un dispositivo de control numérico, configurado al menos para: cambiar el primer y segundo ángulos del cabezal giratorio, siendo el primer ángulo el ángulo del primer miembro alrededor del primer eje, siendo el segundo ángulo el ángulo del segundo miembro alrededor del segundo eje; mover la máquina de precisión cuando la sonda de contacto está acoplada al segundo miembro para ponerla en contacto con una esfera de referencia una pluralidad de veces, presentando el cabezal giratorio diferentes combinaciones del primer y segundo ángulos; determinar una posición de un centro de la esfera de referencia para cada combinación del primer y segundo ángulos del cabezal giratorio cuando la esfera de referencia es contactada con la sonda de contacto; registrar valores de error, siendo cada valor de error una diferencia entre una posición determinada y una posición de referencia predeterminada para el centro de la esfera de referencia, registrándose los valores de error junto con los datos indicativos de cada combinación del primer y segundo ángulos del cabezal giratorio cuando la esfera de referencia es contactada con la sonda de contacto; procesar una pieza de trabajo moviendo la máquina de precisión tanto cuando la herramienta está acoplada al segundo miembro como cuando el cabezal giratorio presenta una combinación de un primer ángulo objetivo, como primer ángulo, y un segundo ángulo objetivo, como segundo ángulo; recuperar una pluralidad de errores registrados cuyas combinaciones del primer y segundo ángulos se aproximan más al primer y segundo ángulos objetivo, respectivamente, al procesar la pieza de trabajo, comprendiendo cada error registrado recuperado sus respectivos tres valores de error; y estimar los valores de error a lo largo de cada eje lineal para la combinación del primer y segundo ángulos objetivo interpolando los valores de error de la pluralidad de errores registrados recuperados en función de las respectivas combinaciones del primer y segundo ángulos al procesar la pieza de trabajo.

La máquina de precisión es capaz de estimar el error presente en el posicionamiento del cabezal giratorio y, por tanto, en el posicionamiento de una herramienta dispuesta en el mismo en función del uso de la sonda de contacto en la esfera de referencia y del dispositivo de control. El dispositivo de control, que puede ser, por ejemplo, un controlador lógico programable, determina el error presente en el posicionamiento cuando ordena el movimiento de la máquina de precisión (es decir, ordena el movimiento de uno, de dos o de los tres ejes lineales móviles del mismo) para que la sonda de contacto entre en contacto con la esfera de referencia para vahas configuraciones angulares del cabezal giratorio.

Basándose en los valores de error proporcionados de esta manera, el dispositivo de control es entonces capaz de estimar el error para otras configuraciones angulares del cabezal giratorio incluso si no se han seleccionado las mismas cuando la sonda de contacto mide la esfera de referencia. La estimación del error para cada configuración angular de este tipo se logra mediante la interpolación de los valores de error proporcionados durante la fase de contacto. En algunas realizaciones, la máquina de precisión además comprende la esfera de referencia.

En algunas realizaciones, el dispositivo de control además está configurado para ajustar el movimiento de la máquina de precisión antes y/o durante el procesamiento de la pieza de trabajo para compensar el valor de error estimado.

El dispositivo de control ordena que la máquina de precisión se mueva en uno, dos o los tres de sus ejes lineales móviles para compensar el error.

En algunas realizaciones, el dispositivo de control recupera la pluralidad de errores registrados y estima los valores de error antes y/o durante el procesamiento de la pieza de trabajo.

En algunas realizaciones, el dispositivo de control además está configurado para convertir los valores de error estimados de un sistema de coordenadas cartesianas global a un sistema de coordenadas cartesianas de la máquina de precisión; y el ajuste del movimiento de la máquina de precisión se basa en los valores de error convertidos al sistema de coordenadas cartesianas de la máquina de precisión.

En algunas realizaciones, la pluralidad de errores registrados que se recuperan son cuatro errores registrados. En algunas de estas realizaciones, cada uno de los cuatro errores registrados presenta una combinación del primer y segundo ángulos, de manera que la combinación está en un cuadrante diferente de cuatro cuadrantes que rodean la combinación del primer y segundo ángulos objetivo.

En algunas realizaciones, la interpolación para estimar el valor de error a lo largo de la dirección de cada eje lineal es o comprende una interpolación bilineal.

En algunas realizaciones, el dispositivo de control está configurado para llevar a cabo la estimación de errores automáticamente. Además, en algunas de estas realizaciones, el dispositivo de control está configurado para compensar el error automáticamente. En algunas realizaciones, la herramienta es una fresadora o una perforadora.

Un tercer aspecto de la invención se refiere a un producto de programa informático que tiene instrucciones que, cuando se ejecutan mediante un dispositivo de control de una máquina de precisión (por ejemplo, una máquina herramienta, una máquina de posicionamiento, un robot con cinemática en serie o en paralelo, etc.), que comprende un cabezal giratorio con un primer miembro acoplado a la máquina de precisión de manera que el primer miembro puede girar alrededor de un primer eje, y un segundo miembro acoplado al primer miembro de manera que el segundo miembro puede girar alrededor de un segundo eje, hacen que el dispositivo de control ordene: - contactar una esfera de referencia con una sonda de contacto dispuesta en el cabezal giratorio una pluralidad de veces, presentando el cabezal giratorio diferentes combinaciones del primer y segundo ángulos, siendo el primer ángulo el ángulo del primer miembro alrededor del primer eje, siendo el segundo ángulo el ángulo del segundo miembro alrededor del segundo eje;

- determinar la posición del centro de la esfera de referencia para cada combinación del primer y segundo ángulos del cabezal giratorio cuando la esfera de referencia es contactada con la sonda de contacto;

- registrar valores de error, siendo cada valor de error una diferencia entre una posición determinada y una posición de referencia predeterminada para el centro de la esfera de referencia a lo largo de uno de los tres ejes lineales, registrándose los tres valores de error junto con los datos indicativos de cada combinación del primer y segundo ángulos del cabezal giratorio cuando la esfera de referencia es contactada con la sonda de contacto; - recuperar una pluralidad de errores registrados cuyas combinaciones del primer y segundo ángulos se aproximan más al primer y segundo ángulos objetivo, respectivamente, de una combinación utilizada o que va a ser utilizada por el cabezal giratorio para procesar una pieza de trabajo, comprendiendo cada error registrado recuperado digitalmente sus respectivos tres valores de error; y

- estimar los valores de error a lo largo de la dirección de cada eje lineal para la combinación del primer y segundo ángulos objetivo interpolando los valores de error de la pluralidad de errores registrados recuperados en función de las respectivas combinaciones del primer y segundo ángulos. Cuando se ejecuta el producto de programa informático en uno o más procesadores del dispositivo informático, la máquina de precisión estima los errores de posicionamiento del cabezal giratorio que existen debido a las rotaciones del mismo y, preferentemente, también mueve la propia máquina de precisión en función de los valores de error estimados para corregir los mismos. En algunas realizaciones, las instrucciones hacen que el dispositivo de control ordene la recuperación y la estimación después de ordenar la selección de la combinación del primer y segundo ángulos objetivo. En algunas de estas realizaciones, las instrucciones hacen que el dispositivo de control ordene la recuperación y la estimación antes y/o al ordenar el procesamiento de una pieza de trabajo con la máquina de precisión mientras se dispone una herramienta en el cabezal giratorio.

En algunas realizaciones, las instrucciones además hacen que el dispositivo de control ordene que la máquina de precisión se mueva para compensar los valores de error estimados. En algunas realizaciones, las instrucciones además hacen que el dispositivo de control ordene convertir los valores de error estimados de un sistema de coordenadas cartesianas global a un sistema de coordenadas cartesianas de la máquina de precisión; y el movimiento ordenado de la máquina de precisión se basa en los valores de error convertidos al sistema de coordenadas cartesianas de la máquina de precisión.

En algunas realizaciones, la interpolación para estimar el valor de error a lo largo de la dirección de cada eje lineal es o comprende una interpolación bilineal.

En algunas realizaciones, la combinación del primer y segundo ángulos objetivo (utilizada o que va a ser utilizada por el cabezal giratorio para procesar una pieza de trabajo) no es ninguna combinación utilizada al contactar la esfera de referencia con la sonda de contacto.

En algunas realizaciones, las instrucciones además hacen que el dispositivo de control ordene seleccionar la combinación del primer y segundo ángulos objetivo. En algunas de estas realizaciones, el par del primer y segundo ángulos objetivo de la combinación seleccionada no coincide con el par del primer y segundo ángulos de cualquier combinación utilizada al contactar la esfera de referencia con la sonda de contacto.

En algunas realizaciones, la pluralidad de errores registrados que se recupera digitalmente son cuatro errores registrados (comprendiendo cada uno de los cuatro errores registrados los tres valores de error) cuyas combinaciones del primer y segundo ángulos se aproximan más al primer y segundo ángulos objetivo, respectivamente.

En algunas realizaciones, cada uno de los cuatro errores registrados presenta una combinación del primer y segundo ángulos, de manera que la combinación está en un cuadrante diferente de cuatro cuadrantes que rodean la combinación del primer y segundo ángulos objetivo. En algunas realizaciones, el producto del programa informático está integrado en un medio legible por ordenador no transitorio. 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 realizaciones de la invención, que no se han de interpretar como una restricción del alcance de la invención, sino tan solo como ejemplos de cómo se puede llevar a cabo la invención. Los dibujos comprenden las siguientes figuras:

La figura 1 muestra esquemáticamente una sección transversal de un cabezal giratorio de una máquina de precisión en la que se ha representado ambos ejes de rotación y un error de posicionamiento.

La figura 2 muestra esquemáticamente una sección transversal de un cabezal giratorio de una máquina de precisión con una sonda de contacto dispuesta en el mismo para entrar en contacto con una esfera de referencia de acuerdo con las realizaciones.

La figura 3 muestra esquemáticamente los valores de error registrados de acuerdo con las realizaciones después de entrar en contacto con una esfera de referencia, como se ¡lustra en la figura 2.

La figura 4 ¡lustra la estimación de los valores de un error de acuerdo con las realizaciones.

Las figuras 5A a 5D ¡lustran el cálculo de una interpolación bilineal de acuerdo con las realizaciones.

Las figuras 6 y 7 muestran esquemáticamente los sistemas de coordenadas de una máquina de precisión cuando algunas herramientas están respectivamente dispuestas en la misma.

DESCRIPCIÓN DE FORMAS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN La figura 1 muestra esquemáticamente una sección transversal de un cabezal giratorio 20 de una máquina de precisión 10, tal como una máquina herramienta.

El cabezal giratorio 20 comprende un primer miembro 22, que está acoplado a la máquina de precisión 10, y un segundo miembro 24 acoplado al primer miembro 22. La máquina de precisión 10 comprende un dispositivo de control 100, por ejemplo, un control numérico, que opera el cabezal giratorio 20.

El primer miembro 22 está acoplado a la máquina 10 de manera que el primer miembro 22 puede girar con respecto a la máquina 10 alrededor de un primer eje 31 definido entre ambos, el primer miembro 22 y la máquina 10 de precisión (mostrada con líneas discontinuas solo a efectos ilustrativos). La posible rotación del primer miembro 22 se ¡lustra por medio de la flecha 30. Cuando el primer miembro 22 gira, se forma un primer ángulo indicativo del desplazamiento angular del primer miembro 22 con respecto al primer eje 31 ; el primer ángulo corresponde a una rotación alrededor del eje Z' (numerado como 31 en el dibujo) contenido en el plano del dibujo (en este caso, el eje es la intersección entre los planos XZ y ZY). Dicho primer ángulo, indicado con la letra A en la descripción de los dibujos, es indicativo de cuánto gira el primer miembro 22 con respecto a una posición angular inicial del mismo, correspondiendo dicha posición angular inicial a un ángulo de 0°, es decir, A = 0°.

El segundo miembro 24 está acoplado al primer miembro 22 de manera que el segundo miembro 24 puede girar con relación al primer miembro 22 alrededor de un segundo eje 41 que forma 45° en el plano Y'Z' entre el segundo miembro 24 y el primer miembro 22 (se muestra con líneas discontinuas solo a efectos ilustrativos). La posible rotación del segundo miembro 24 está ¡lustrada por la flecha 40. Una herramienta 50 (por ejemplo, una fresadora, una máquina perforadora, o una herramienta diferente utilizada en una máquina de precisión como se conoce en la técnica) de la máquina de precisión 10 se puede disponer en un extremo del segundo miembro 24 para que pueda procesar una pieza de trabajo 55. Cuando el segundo miembro 24 gira, se forma un segundo ángulo indicativo del desplazamiento angular del segundo miembro 24 con respecto al segundo eje 41. Dicho segundo ángulo, indicado con la letra B en la descripción de los dibujos, es indicativo de cuánto gira el segundo miembro 24 con respecto a una posición angular inicial del mismo, correspondiendo dicha posición angular inicial a un ángulo de 0°, es decir, B = 0°.

Cuando el primer miembro 22 gira con respecto a la máquina de precisión 10 alrededor del primer eje 31 , el punto de intersección 46 entre los ejes 31 y 41 se desplaza debido a errores de alineación del cabezal giratorio 20. Por consiguiente, el punto 46 del eje se desplaza de manera que da como resultado el punto 47 del eje desplazado. Esto, a su vez, provoca el desplazamiento del primer eje 31, produciendo así el primer eje desplazado 32. El desplazamiento del punto 46 del eje y, por tanto, del primer eje 31 , da como resultado un error de posicionamiento del cabezal giratorio 20 y, en consecuencia, de la herramienta 50 dispuesta en el mismo, algo que afecta a cómo procesa la herramienta 50 la pieza de trabajo 55.

Adicionalmente o como alternativa, cuando el segundo miembro 24 gira con respecto al primer miembro 22 alrededor del segundo eje 41 , el punto de intersección 46 entre los ejes 31 y 41 puede desplazarse debido a errores de alineación del cabezal giratorio 20. Por consiguiente, el punto 46 del eje puede desplazarse. Esto, a su vez, también puede provocar el desplazamiento del segundo eje 41, produciendo así el segundo eje desplazado 42. Este desplazamiento adicional o alternativo da como resultado un error de posicionamiento (o un error de posicionamiento adicional) del cabezal giratorio 20 y, en consecuencia, de la herramienta 50 dispuesta en el mismo, afectando así a cómo procesa la herramienta 50 la pieza de trabajo 55.

Se ha representado un sistema global de coordenadas cartesianas con los ejes X, Y y Z en aras de una mayor claridad. En este sentido, tanto el cabezal giratorio 20 como la máquina de precisión 10 pueden tener su propio sistema de coordenadas cartesianas con unos ejes X', Y' y Z'. La figura 2 muestra esquemáticamente una sección transversal de un cabezal giratorio 20 de una máquina de precisión 10.

El cabezal giratorio 20 tiene una sonda de contacto 51 dispuesta en el mismo. El dispositivo de control 100 ordena a los ejes lineales móviles de la máquina de precisión 10 que se muevan de modo que la sonda 51 entre en contacto con una esfera de referencia 60, que puede formar parte de la máquina de precisión 10, a efectos de calibración. Cada eje lineal móvil se mueve a lo largo de uno de los ejes X, Y y Z'.

Para que la calibración sea efectiva, la sonda de contacto 51 debe entrar en contacto múltiples veces con la esfera de referencia 60, presentando el cabezal giratorio 20 diferentes combinaciones del primer y segundo ángulos A y B. En este sentido, cada vez que se configura una combinación del primer y segundo ángulos A y B en el cabezal giratorio 20, la sonda de contacto 51 entra en contacto con la esfera de referencia 60 una o más veces (dependiendo de si la sonda de contacto 51 realiza una medición continua en la superficie de la esfera 60 o mide varias veces en diferentes partes de la superficie de la esfera 60) y en función de la medición de la sonda de contacto 51 , un dispositivo de control 100 determinará numéricamente la posición del centro de la esfera de referencia 60 para dicha combinación del primer y segundo ángulos A y B del cabezal giratorio 20, como se conoce en la técnica; luego, el mismo procedimiento se repite una o varias veces más con una combinación diferente del primer y segundo ángulos A y B, y la posición del centro de la esfera de referencia 60 se determinará numéricamente de acuerdo con la medida respectiva.

Como se puede apreciar a partir de la explicación con referencia a la figura 1 , hay un desplazamiento diferente para cada par del primer y segundo ángulos

A y B debido a las desalineaciones del cabezal 20. En función de las mediciones de la sonda de contacto 51 al entrar en contacto con la esfera de referencia 60, el centro de la esfera de referencia 60 puede determinarse digitalmente (con el dispositivo de control 100) cada vez, como se conoce en la técnica. Luego, se puede calcular un valor de error a lo largo de la dirección de cada eje lineal para cada uno de estos centros determinados, calculando una diferencia entre cada centro determinado dado y una posición de referencia predeterminada para el centro de la esfera de referencia 60. La posición de referencia predeterminada es preferentemente el centro de la esfera de referencia 60 determinada después de contactar la esfera de referencia 60 con la sonda 51 y el primer y segundo ángulos A y B son ambos, por ejemplo, de 0°. Por lo tanto, todos los valores de error se refieren a dicha posición de referencia predeterminada y se calculan como:

Donde: εp_x, ep_y, y ep_z son los valores de error para las coordenadas X, Y y Z en un sistema de coordenadas cartesianas, preferentemente, un sistema global de coordenadas cartesianas, siendo el primer ángulo A igual al ángulo a (es decir, alfa) y el segundo ángulo B igual a b (beta); P _centro.x, P _centro.y, y P _centro.z son las coordenadas X, Y y Z (en el mismo sistema de coordenadas cartesianas) de las posiciones determinadas del centro de la esfera de referencia 60 para el primer y segundo ángulos indicados A y B. En este caso, la posición de referencia predeterminada es la posición determinada del centro cuando el primer y segundo ángulos A y B son ambos de 0°, pero también son posibles otras combinaciones del primer y segundo ángulos, incluso combinaciones en las que A y B no tengan el mismo valor. El dispositivo de control 100 puede registrar digitalmente las tres coordenadas para el mismo error, juntas en forma de un vector 3D, o por separado, por ejemplo, como el ejemplo ¡lustrado en la figura 3; independientemente de cómo se registren digitalmente los errores, los errores siempre se registran con referencia a los valores del primer y segundo ángulos A y B e incluyen los tres valores de error respectivos, uno a lo largo de cada uno de los tres ejes.

Basándose en los errores registrados digitalmente, el dispositivo de control 100 puede estimar el error para otras combinaciones del primer y segundo ángulos A y B, es decir, pares del primer y segundo ángulos A y B no establecidos en el cabezal giratorio 20 durante la calibración. Con este fin, el dispositivo de control 100 interpola los tres valores de error para cada una de dichas otras combinaciones a partir de los valores de error de las combinaciones calibradas del primer y segundo ángulos A y B. Preferentemente, el dispositivo de control 100 mueve uno o más de los tres ejes lineales móviles de la máquina de precisión 10 en función de los valores de error interpolados para compensarlos cuando se procesa una pieza de trabajo. La figura 3 muestra esquemáticamente los valores de error εp_x, ep_y, ep_ z registrados de acuerdo con las realizaciones.

Los valores de error εp_x, ep_y, y ep_ z son registrados por el dispositivo de control (por ejemplo, el dispositivo de control 100 de las figuras 1 y 2) en tres tablas o gráficos diferentes 70, 71, 72, correspondiendo cada tabla o gráfico a una coordenada cartesiana diferente, es decir, las coordenadas X, Y y Z. Por ejemplo, la primera tabla o gráfico 70 corresponde a la coordenada X, la segunda tabla o gráfico 71 corresponde a la coordenada Y, y la tercera tabla o gráfico 72 corresponde a la coordenada Z. Únicamente en aras de una mejor ilustración, los valores de error εp_x, ep_y, y ep_ sze han representado con un cuadrado en la primera tabla o gráfico 70, un triángulo en la segunda tabla o gráfico 71 y un círculo en la tercera tabla o gráfico 72, pero es evidente que cada uno de estos valores de error εp_x, ep_y, y ep_z es un valor numérico que puede ser positivo o negativo.

Cada tabla o gráfico 70, 71, 72 comprende el mismo número de valores de error, que en este ejemplo se han calculado siguiendo un procedimiento de calibración para todos los pares en los que el primer ángulo A era de 0°, 30°, 60°, 90°, -30°, -60° y -90°, y el segundo ángulo B era de 0°, 30°, 60°, 90°, -30°, - 60° y -90°, totalizando así 49 combinaciones diferentes, de donde la combinación de A = 0° y B = 0° es, por ejemplo, para su utilización en la determinación de una posición de referencia predeterminada para el centro de una esfera de referencia. En otras realizaciones, se han calibrado otros valores para el primer y segundo ángulos A y B.

La figura 4 ilustra cómo los valores de error de las posiciones angulares diferentes a las utilizadas durante la calibración inicial pueden estimarse de acuerdo con las realizaciones.

Se ha representado un gráfico A-B 80 en el que se muestra ilustrativamente que se deben estimar los tres valores de error para la combinación 95 er. La combinación 95 corresponde a una combinación er (que puede ser εp_x, ep_y, y ep_z de un primer ángulo objetivo A y un segundo ángulo objetivo B a la que el cabezal giratorio de una máquina de precisión se debe configurar o ha sido configurado para procesar una pieza de trabajo con una herramienta. En este caso, el primer ángulo objetivo A es Aii y el segundo ángulo objetivo B es Bjj.

En este ejemplo, el dispositivo de control de una máquina de precisión ha recuperado digitalmente las cuatro combinaciones 91-94 del primer y segundo ángulos A y B que más se aproximan a la combinación er para las que se han registrado digitalmente sus tres valores de error previamente. Las cuatro combinaciones 91-94 son las denominadas ε(i,j), ε(i,j+1), ε(i+1,j) y ε(i+1,j+1), cada uno con un primer ángulo A igual a cualquiera de A(i) o A(i+1), y cada uno con un segundo ángulo B igual a cualquiera de B(j) o B(j+1). Como en este ejemplo, se prefiere que cada una de las cuatro combinaciones recuperadas 91- 94 esté en uno diferente a los cuatro cuadrantes que rodean la combinación er.

El dispositivo de control interpola los tres valores de error correspondientes a cada una de las cuatro combinaciones recuperadas digitalmente, de manera que los valores de error a lo largo de un mismo eje lineal se interpolan independientemente de los valores de error a lo largo de los otros dos ejes lineales. Preferentemente, la interpolación se realiza teniendo en cuenta la distancia angular de la combinación con el error er a cada una de las cuatro combinaciones recuperadas digitalmente, de este modo, en este ejemplo, los valores de error de la combinación 91 tendrán la mayor contribución en la estimación del valor de error de la combinación er, luego, el valor de error de la combinación 93, después, el valor de error de la combinación 92 y, por último, el valor de error de la combinación 94 será el que tenga la contribución más baja debido a la mayor distancia a la combinación er. Cada una de las tres coordenadas del error, es decir, los tres valores de error, se interpola de esta manera para proporcionar las tres coordenadas del valor de error para la combinación er.

En otras realizaciones, se recuperan digitalmente menos combinaciones (por ejemplo, dos, tres) y sus tres valores de error para la interpolación, o se recuperan digitalmente más combinaciones (por ejemplo, cinco, seis, etc.) y sus tres valores de error para la interpolación.

Las figuras 5A a 5D ¡lustran la estimación del cálculo de una interpolación bilineal de acuerdo con las realizaciones.

La interpolación bilineal debe calcularse para estimar el valor de error de una combinación 95 del primer y segundo ángulos objetivo como ángulos A y B, de un cabezal giratorio. La interpolación se debe basar en cuatro combinaciones 91-94 que han sido calibradas, es decir, las respectivas combinaciones de los ángulos A y B que se configuraron en el cabezal giratorio cuando se puso una sonda de contacto en contacto con una esfera de referencia para determinar numéricamente el centro de la esfera. Tal y como se muestra en la figura 5A, el cálculo de la interpolación bilineal se puede realizar calculando primero e1 , luego, ε2 y finalmente er para cada uno de los tres valores de error; en este sentido, para los cálculos, los triángulos se pueden definir en la parte superior, en la parte inferior y a la derecha. Los mismos triángulos se muestran en las figuras 5B, 5C y 5D solo por razones de claridad.

Los siguientes cálculos deben realizarse para cada uno de los tres valores de error de las combinaciones 91-95 de acuerdo con las ilustraciones de las figuras 5A-5D.

En primer lugar, se debe calcular e1 (véanse las figuras 5A y 5B):

Luego, se debe calcular e2 (véanse las figuras 5A y 5C):

Luego, se realiza el cálculo parcial de er (véanse las figuras 5A y 5D):

Esto significa que las coordenadas X, Y y Z del error para la combinación 95 (del primer y segundo ángulos objetivo) se calculan respectivamente como:

La figura 6 muestra esquemáticamente el sistema de coordenadas de una máquina de precisión 10 cuando algunas herramientas están dispuestas en el segundo miembro, como herramienta del mismo.

En algunas máquinas, el sistema de coordenadas XΎ'Z' de la máquina de precisión 10 es tal que la herramienta coincide con el eje -Y' (es decir, Y negativo). Sin embargo, para la combinación de A = 180° y B = 0°, tanto el sistema de coordenadas CΎ'Z' de la máquina 10 como el sistema de coordenadas global XYZ coinciden.

Las transformaciones de las correcciones de error pueden tener que hacerse en función de la configuración de la máquina de precisión 10 y/o la configuración de la herramienta, por ejemplo, dependiendo de los modelos de las herramientas utilizadas, que tienen diferentes configuraciones de hardware/software. Solo a modo de ejemplo, las transformaciones descritas con referencia a esta figura y a la figura 7 se pueden aplicar a las correcciones de error cuando la máquina de precisión 10 está utilizando una configuración de fresado o una configuración de perforación.

En estos casos, para transformar un vector de corrección de errores V del sistema de coordenadas global al sistema de coordenadas de la máquina 10, la transformación necesaria que hay que aplicar es: V’ = T * V; donde T es:

Además, para transformar el vector de corrección de errores V del sistema de coordenadas de la máquina 10 al sistema de coordenadas global, la transformación necesaria que hay que aplicar es: V = T * V’; donde T es:

En las dos transformaciones anteriores y en las transformaciones descritas con relación a la figura 7, cA = cos(A), sA = sen(A), cB = cos(B), sB = sen(B) y K = cos(45°).

La figura 7 muestra esquemáticamente el sistema de coordenadas de una máquina de precisión 10 cuando algunas herramientas están dispuestas en el segundo miembro, como herramienta del mismo. En algunas otras máquinas, el sistema de coordenadas X'Y'Z de la máquina de precisión 10 es tal que la herramienta coincide con el eje -Z (es decir, Z negativo). Sin embargo, para la combinación de A = 0° y B = 0°, tanto el sistema de coordenadas X'Y'Z de la máquina 10 como el sistema de coordenadas global XYZ coinciden.

En estos casos, para transformar un vector de corrección de errores V del sistema de coordenadas global al sistema de coordenadas de la máquina 10, la transformación necesaria que hay que aplicar es: V’ = T ^* V; donde T es:

Además, para transformar el vector de corrección de errores V del sistema de coordenadas de la máquina 10 al sistema de coordenadas global, la transformación necesaria que hay que aplicar es: V = T ^* V’; donde T es:

En este texto, los términos primero, segundo, tercero, etc. se han utilizado en el presente documento para describir varios dispositivos, elementos o parámetros, se entenderá que los dispositivos, elementos o parámetros no deben estar limitados por estos términos, ya que los términos solo se usan para distinguir un dispositivo, elemento o parámetro de otro. Por ejemplo, el primer miembro también podría llamarse segundo miembro, y el segundo miembro podría llamarse primer miembro sin desviarse del ámbito de esta divulgación.

En este texto, el término "comprende" y sus derivados (como "comprendiendo", etc.) no se deben entender en un sentido excluyente, es decir, estos términos no deberían de interpretarse como que excluyen la posibilidad de que lo que se describe y define pudiera incluir elementos o etapas adicionales, etc.

Por otra parte, la presente invención obviamente no se limita a las realizaciones específicas descritas en el presente documento, sino que también abarca cualquier variación que pueda ser considerada por cualquier persona experta en la materia (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro del alcance general de la invención, tal y como se define en las reivindicaciones.