本发明同工件定位控制有关，详细地说，同在一个转台上将一个工件校正中心和调整水平的方法和装置有关，尤其是和计量装置有关。

一个工件定位在已知计量装置的一个转台上，通过转动转台进行测量，而一个传感器检测工件的表面。通常必须执行一个称为校正中心和调整水平的操作，在操作过程中，为了把工具带到一个所需要的位置，可将转台水平移动同时使之倾斜，一般说来，使一条工件所要求的轴线和转台的转动轴线重合，而且，最理想的是：校正中心和调整水平的操作应该自动执行以便能有效而迅速地完成。

可以自动执行校正中心和调整水平的计量装置已为公众所知并且已应用于工业。已知装置的圆型转台安装在一个支撑结构上，它包括一个球型的支撑面，允许转台绕一支点方向地倾斜运动，支点高出转台的工作面并处在一个已知的水平平面。转台下面的两个支柱安装在互相间隔90度的位置，以保证实现绕各自位于上述水平平面内的正交轴线的倾斜运动。弹簧向下推压转台使之和支柱保持接触，并且使球型支撑面和一配合座保持接触，配合座包括一个滚珠环并以一个构件安置在支撑结构中。支撑结构固定在使转台转动的主轴上，利用另一个轴承形成支撑结构的水平运动，借此可以执行校正中心的操作。

在这个先有技术装置中，将待测试工件放置在转台上后，首先测定位于水平平面内的工件表面部分的中心位置，水平平面包含转台绕之倾斜的那一点，然后进行中心校正和水平调整。通过使包含在该装置中的触指和在这个水平平面内的工件表面接触并带动主轴使工件绕主轴轴 线转动来完成这个测定。根据和触指相连的传感器的输出信号于是可以确定工件旋转轴线（或主轴轴线）和在这个平面内的工件表面中心位置之间的偏心度。为了使被测定的工件表面中心和主轴轴线重合，据此相对于主轴，水平地移动转台的支撑结构。因此，完成了对于那个平面的中心校正操作。把触指移到一个不同的水平平面，带动主轴以转动工件，并且利用传感器的输出信号，测定在这个水平平面内工件表面中心相对于主轴轴线的偏心度。从而实行水平调整。这个偏心度测定之后，驱动支柱以必须使在第二个水平平面内的工件表面中心和转台的旋转轴线（主轴轴线）重合。这就完成了水平调整操作，因而也完成了中心校正和水平调整。

由于发生在水平调整操作过程中的转台倾斜运动是以第一个水平平面中的一点为中心，那一点已通过中心校正操作和转轴轴线重合，所以水平调整操作并不会破坏这种重合。

这种装置具有许多缺点。首先，必须通过检测位于同一个固定的，包含转台斜动中心的水平平面内的工件表面来执行每一个中心校正操作，而在某些情况下，一个工件并没有一个表面处在可被检测的平面内。对于具有复杂形状的工件，这是一个严重的缺点，例如曲轴。其次，工件的质量中心必须总是位于由两个支柱位置限定的90度的转台扇形区内：测定落在这个扇形区外的质心就要靠转台产生转矩，往往引起转台摆动而和支柱脱离接触。再次，制造支撑转台的球型支座达到所需的精度既困难又昂贵。

本发明提供可以免除一个或多个这些问题的一种装置。

一种情况，本发明提供的一种工件定位装置有一个转台承载工件，并有实用的计算机设备来执行校正中心和调整水平操作，在操作过程中，由于为了调整水平的转台斜动而引起的任何工件偏心获得了补偿。因此，用根据本发明这一种情况建造的装置，可以任何水平平面为基准来执行 校正中心调整水平操作，并不限于包含转台的斜动中心、如上述先有技术中的唯一的水平平面。

另一种情况，本发明提供的工件定位装置有一个工件转台，转台承载在位于三角形顶点的三个支点上，最好是一个等边三角形，转台的中心设置在其中，上述支点中至少两点的高度可以调节，而且，计算机设备在执行校正中心和调整水平的过程中，一个或以上上述支点的高度进行了调节。

再一种情况，本发明提供一种方法或用来执行校正中心和/或调整水平的操作的装置，在操作过程中用传感装置检测工件而且按照预定的算法在电子控制装置的控制下执行操作。

别的情况，本发明提供的装置有一个承载工件的转台，转台可绕其表面以下的一点或一条轴线转动以实现水平调整，所提供的电子控制装置用来实现上述转动，该点或轴线的交点最好偏离转台的旋转轴线。

本发明的其余情况，从以后的描述和权利要求书中就会显得更清楚。

参照附图，通过例子更进一步说明本发明，其中：

图1是本发明的装置实施例的一个透视图;

图2是包括在图1装置的转台支撑结构的一个透视图;

图3是通过图2部分支撑结构的一个剖面图，但也显示出转台;

图4是包括在图1装置中的一控制系统的一个简化方块图;

图5a至图5d用简略图说明校正中心和调整水平操作过程;以及

图6至图9是有助于了解控制系统为执行图6所说明的校正中心和调整水平操作而进行的计算的简图。

参照图1，一个计量装置包括一个由底座3支撑的工作台2（图1中只能看见底座的脚）。底座3承载一个可以安置工件的转台（4）。一条垂直方柱6承受一个马达驱动的垂直运动的滑架8。触指10安装在枢轴臂12的端部，使得触指的位置可以改变，枢轴臂12再装在滑架8承载的水 平动臂（径向地）14的端部。转动转台和/或径向移动触指和/或垂直移动触指引起触指10横移过工件表面从而实行对工件的测量工序。

如图2和图3所示，转台4的支撑结构包括一个由圆盘18承载的基面16，圆盘18和马达驱动的主轴20相固定。图3中用虚线轮廓表示的一个轴承座装置21承托主轴20绕它自身的垂直轴线23旋转。轴承座装置21安装在底座3上，最好如英国公布的专利申请No2178805A中所说明的。圆盘形盒24内的一套滚珠轴承22介于基面16和圆盘18之间，这是为基面16作相对于圆盘18的水平运动而设置的。这种运动是利用马达26x，26y沿着互相正交的x和y轴线进行的，马达26x，26y固定在基面16上并且经过传动箱30x和30y分别推动往复传动杆28x和28y，举例子来说，传动箱30x，30y可以由蜗杆和蜗轮装置组成。当各自的马达开动时，分别沿x和y轴带动传动杆28x和28y。凸台32固定于伸过基面16中心孔34的主轴20的上端，凸台32的平面32x和32y，分别和传动杆28x和28y的端部相接触，并且分别处在垂直于x和y轴的平面内。张力弹簧36的一端和凸台32相连接，另一端和固定于基面16的柱38相连接，使平面32x和32y和各自的传动杆28x和28y的端部保持接触。因此，在马达26x和26y以及弹簧36的作用力的帮助下，基面16可以沿x轴和y轴的任何一个方向，精确地移过所确定的距离。传动杆28x和28y分别穿过导向板40x和40y，导向板都有安放导销44的槽42，导销安装在传动箱30x和30y。

装在柱38上端凹座的一颗圆珠46支撑转台4绕支点P方向地作旋转运动。

位于A，B点的圆珠50a和50b经过调整垫52（仅仅表示在图3中）分别支撑转台4，调整垫52固定于转台4的底面并且放置在圆珠50a，50b上。安装在支架56上绕水平轴58（垂直于图3纸面）转动的杠杆板54a，54b有凹陷处60a，60b，分别安放圆珠50a，50b。马达62a，62b通过传动 箱66a，66b带动支柱64a，64b（只在图3中有表示），使得杠杆板54a，54b绕它们的转轴58上、下地转动。因此，开动马达62a，引起转台绕连结支点P和B的轴线倾斜，而开动马达62b，则引起转台4绕连结支点P和A的轴线倾斜。这些转线通过圆珠46，50a和50b的中心。

支点A、B、P位于一个等边三角形的三个顶点，三角形的中心C和转台4的中心重合，即点A，B，P是相对于点C对称排列的。这就为转台提供了平稳地放置工件的最大面积。虽然结果，转台绕之倾斜的轴线PA和PB互相成60度角。

张力弹簧68向下推压转台，使调整垫52和圆珠50a和50b保持接触，而张力弹簧70向下推压杠杆板54a和54b，使它们和支柱64a，64b保持接触。

一个固定于圆盘18的圆柱形屏障封闭了上述的支撑结构。

如同在图4的简化方框图中所见到的，校正中心的马达26x，26y和调整水平的马达62a，62b是由计算机系统72控制的，计算机接收来自响应触指10的传感器73的输入信号。控制键盘75的操作人员准备为计算机系统72提供指令。计算机系统72也控制为转动转台（θ轴）而驱动主轴20的马达74升、降方柱6上的滑架8（z轴）的马达76以及为使触指10和工件表面接触或分离而沿径向（r轴）推动水平臂14的马达78。其余的传感器80，82，84为计算机系统72提供转台4的角座标、滑架8的竖座标和水平臂14的径向座标的数据样本。一可见显示器（VDU）86和存储器88也和计算机系统72相连接，存储器88贮存接收到的数据和计算机系统72工作所依据的程序。计算机系统可以包括一台或以上计算机。

参考图5a至图5d，可以了解为了实现工件的中心校正和水平调整，转台4所经历的运动。为了简便起见，图5说明位于转台4上三角形ABP内的一个圆柱形工件100。工件100依靠一端102立着放置，端面102是一个平面，但假定和径向平面成一个很小的角度（图5中则夸大 了很多），以致工件100的轴线104和主轴20的垂直旋转轴线23成一个角度。执行图5说明的校正中心和调整水平操作的步骤的次序包括首先转动转台4，调整触指10来感知处于水平平面108内的工件100的表面。计算机系统72接收传感器（80，73，84）的输出信号并利用一种外形拟合算法（form fitting algorithm），计算工件在平面108的中心110和轴线23之间的位移的大小和方向。传感器输出的极坐标参数被变换成一种理论的直角座标系（u，v），假定检测到表面的N个点，座标为（ui，vi），使用修正的最小二乘方误差准则，按最小和来计算表面的中心（uo，vo）与半径R：

$\underset{\mathrm{i\; =\; 1}}{\overset{}{\Sigma }}$〔（ui-uo）2+（vi-vo）2-R2〕2

计算出中心后，计算机于是开动马达26x和26y以便必须使点110和轴线23重合，如图5b中所示。下一步是转动转台4，调整触指10感知在离开平面108的不同的水平平面112内的工件表面，在这个例子中，平面112高于平面108。再利用外形拟合算法，计算机确定工件在平面112内的中心位置。此后，计算机系统72计算出使工件从图5b中所示的位置到图5c中所示的位置所必需的转台4和工件100的角运动，图5c中工件的轴线104和主轴的轴线23平行。这种计算技术下面会有进一步的描述。如在图5c中可以见到的，这种角运动或倾斜的结果是点110再次偏离轴线23。为了使轴线104和轴线23重合，如同图5d所示，仍然利用上述的外形拟合算法和开动马达26x和26y，最后的步骤是完成以轴线23为基准确定工件轴线104的位置的第二次中心校正操作。为了简便起见，虽然以上关于图5的描述是基于：为了达到图5d中所示的状况，以一种特别的次序执行各个步骤。而这并非必不可少的，实际上，在工件100和转台4处在图5a所示的位置的情况下，首先测量平面110和112，而后同时或以任何理想的次序开动马达26x、26y、62a和62b，但是最好以先校正工件中心，然后调整水平的顺序。

现在要描述的是：关于为了实现中心校正和水平调整，转台4完成所需要的水平和倾斜运动的计算。在以后的描述中，马达26x和26y将称为x和y马达，马达62a和62b将叫做a和b马达。虽然零件可以有任何外形，仍然为了简便起见，倘若要确定的表面有一个规则的剖面，研究圆柱工件（例如图5中所示工件100）的校正中心和调整水平的情况就显得方便，因为圆柱的轴线容易定义。

在以后讨论中，将所有的运动归结到以具有单位向量i，j，k的右手直角座标系X、Y和Z表示会显得简便。座标系的原点选择和固定点P重合，而X轴选成等分A、B两点的联线。图6表示此座标系，其Z轴垂直于纸面并表示在图2上。

将关于X和Y轴的运动分解成平行于x和y马达的作用线的运动来实现转台的中心校正。

设所需的中心校正向量为c1i+c2j，而设平行于x和y马达作用线的单位向量分别为ex和ey。根据几何学可以知道：

c1i+c2j＝-k〔（c1-c2）ex+（c1+c2）ey〕（1）

式中，k＝2-1/2。

在讨论放置在转台上的一个零件的水平调整时，引入另外两个变量θ1和θ2会方便一些，θ1是转台顶面关于X轴的倾斜角，θ2则是关于Y轴的对应角。因此，以转台表面处在水平时的高度为基准，可以给出转台表面上任何一点（X1，Y1）的高度

Z1＝X1tanθ1+Y1tanθ2（2）

现在如图6所示，引入参考T1和T2，并把点A和B的增量高度称作ZA，ZB，这就给出公式

ZA＝T1tanθ1+T2tanθ2（3a）

ZB＝T1tanθ1-T2tanθ2（3b）

利用倾斜角θ1和θ2，根据这些方程可以计算出在通过P点的水 平平面以上的点A和B的增量高度。

如从图6上所见到的，T1和T2的大小取决于转台倾斜的轴线AP和BP之间的夹角APB。因此，在执行水平调节操作中，计算机72进行的计算依赖于角APB。

在着手进行以前，必须进一步研究用最佳实施例中的a和b马达在垂直平面内带动点A和B的实际机构。

根据如图7所示的例子，轴线58和滚珠支承50a或50b的中心51之间的距离为12毫米，而转线58同支柱64a或64b和杠杆54a或54b的接触点55之间的距离是36毫米。

参考图8，可以看出，如果将螺钉支柱64a或64b升起一个高度z，那么滚珠50a或50b的中心就会移过一个高度δz。可以知道：

z＝36tanα    （4）

δz＝12sinα

从方程（4）可以得出：

z＝36δz/（122-δz2）1/2（5a）

或者

z＝3δz+3δz3/（2×122）+32δz5/（23×124）+……（5b）

假设转台4原来处于水平，并在两个高度（z1，z2）、测量圆柱物体，如图9中所示，两个平面的中心定为（a1，b1，z1）和（a2，b2，z2）。可以看到，在高度Z的圆柱轴线上的任何点，其在所选定座标系中座标可由下式给出：

X＝〔（a2-a1）/（z2-z1）〕Z+a1

Y＝〔（b2-b1）/（z2-z1）〕Z+b1

记作h＝（z2-z1），并且将这些方程和方程（2）比较，则

tanθ1＝（a2-a1）/h

tanθ2＝（b2-b1）/h

为了补偿这些角度，点A、B必须移过的增量高度δZA，δZB可以由方程（3）给出，那么，

δZA＝T1tanθ1+T2tanθ2

δZB＝T1tanθ1-T2tanθ2

而螺钉支柱必须升起的高度可以根据方程（5）由下式给出

ZA＝3δZA/（122-δZ2A）1/2

ZB＝3δZB/（122-δZ2B）1/2

利用这些方程的二项展开式和第二项处的舍项级数给出：

ZA＝3δZA+PδZ3A

ZB＝3δZB+PδZ3B

式中P＝1，1331161×10-2，包括了对级数舍项的修正。

因此，利用以上计算，可以很容易地确定实现水平调整所需的a和b马达的转数。而且，实现中心校正所需的X和y马达的转数也容易算出。计算机系统72既进行计算又利用计算结果开动a、b、x和y马达。

因此，所说明的实施例具有显著的优点：图5中所示的平面108和112可以位于传感器73和84工作范围内的任何地方，为了校正中心和调整水平而测量工件在平面108和112内的表面;工件可以其质量中心定位于三角形ABP内的任何地方，这就显著地大于先有技术装置的对应区域，并对称于转台中心，定位也就方便得多;由于转台是三点支撑的，其中两点的高度可以调节，为水平调整形成倾斜运动。如先有技术所需要的昂贵的大型球型支座可以省去。

所述的装置具有综合的优点：校正中心和调整水平的操作可以自动进行，转台的机械结构和传动装置可以相对简单，转台具有高度的稳定性，并且可以确定多种多样类型的工件。

而且，本发明有关在离开中心和倾斜轴线的平面做测量的情况可以应用于一种计量装置，工件并不是承载在计量装置的转台上，而是由一 个夹具或其它同类的东西夹持，夹具等可以绕垂直轴线外的一条轴线转动，例如一条水平轴线。

本发明不限于检测工件的外表面，（例如曲轴的轴承表面）而是也适用于检测内表面（例如传动箱外壳的输入和输出轴承座）。

在某些例子中，希望找出工件的中心一点对正转台轴线，并且通过使工件的另一平面表面正交于转台轴线使它保持水平，而不是校正工件两部分的中心（例如一条曲轴的两个轴承表面）。举例子来说，通过校正活塞顶的中心和调整活塞裙部下缘平面使之垂直于轴线从而理想地将一引擎活塞校正中心和调整水平。在这种情况下，要测定的是工件另一部分或工件固定于该处的一个参考表面（例如放置活塞的转台表面）的倾斜角，而不是确定工件另一部分的中心。于是，要确定的中心可以予以对中;然后调整倾斜度;接着可再校正中心以补偿倾斜度调整所引起的偏心。

本发明并非只限于用来检测具有圆形部分的工件，而是也能用来检测具有其它形状截面（例如矩形，三角形，椭圆形和六边形）的工件。

例如，在圆柱形工件的情况下，并非必定要检测工件在两个具有间距的平面内的圆形剖面，而是敏感元件可以沿着相对于工件表面的螺线路径跟踪，同时可以测定横轴的数值和倾斜度。

最好，传感器10其支撑结构12，14和表示在图4中的控制系统的布局都如同时一起提交的我们待批的申请、以休.罗杰斯.莱恩（Hugh    Rogers    Lane）和彼得.迪安.奥尼恩（Peter    Dean    Onyon）为发明人和要求优先权于1986年3月3日提交的英国专利申请No8605324中所描述的。在那个方案中，一个高分辨率，小工作范围的传感器安装在一径向动臂上，在计算机控制下，用马达带动动臂以响应传感器的输出信号，使得传感器能够自动地跟踪形状变化颇大的工件表面。尤其是，传感器在大约0.4毫米的范围内，分辨率大约达到12毫微米，而径向动臂动程 大约为20毫米，并装有一个分辨率约为20毫微米的定位检测系统。这个方案简化校正中心和调整水平操作在于不必用肉眼将转台上的工件精确地预定位，由于在转台有效的对中和校平调节范围内，我们上述待批的申请的传感器容许任何中心校正和水平调整误差。