一种可分离安装偏心的主轴回转误差测量方法与装置

摘要

本发明公开了一种可分离安装偏心的主轴回转误差测量方法与装置，包括位移传感器安装夹持器、位移传感器、光栅编码器、信号电缆、数据处理器和计算机，测量过程是通过三种可选方式使位移传感器以主轴外轮廓的三个不同位置为采样起始点进行测量，先基于三点法原理得到主轴圆度误差除一阶谐波以外的其它分量，再根据所提供的算法进行二次分离，将安装偏心从回转误差中分离出来，得到主轴的纯回转运动误差值。一方面将主轴轮廓的圆度误差、标准球及传感器安装的偏心误差从主轴回转运动误差中分离出去，分离运算量小。另一方面，只采用一只位移传感器，避免了普通三点法误差分离技术中采用三只传感器带来的传感器性能差异引入的测量误差。

主权项

一种可分离安装偏心的主轴回转误差测量方法，采用可分离安装偏心的主轴回转误差测量装置，可分离安装偏心的主轴回转误差测量装置包括位移传感器安装夹持器、位移传感器、光栅编码器、信号电缆、数据采集器、数据处理器和计算机，所述位移传感器安装于所述位移传感器安装夹持器上，所述位移传感器安装夹持器安装于靠近主轴外圆周处，所述位移传感器夹持器与主轴外轮廓之间设有空隙，所述光栅编码器安装于主轴轴套上，所述光栅编码器和所述位移传感器均通过所述信号电缆与所述数据处理器连接，所述数据处理器与所述计算机连接；所述位移传感器安装夹持器为能够同时安装一个或三个位移传感器的位移传感器安装夹持器；其特征在于，包括以下步骤：(1)将位移传感器夹持器安装在主轴外圆周上，且与主轴外轮廓之间具有空隙，将位移传感器安装在位移传感器夹持器上，调节位移传感器的测头与主轴外轮廓之间的距离到合适位置；设置主轴回转一周的位移传感器采样点数为N；(2)驱动主轴旋转，以主轴外轮廓的一初始点为位移传感器的采样起始点，记为A点，主轴旋转一圈，位移传感器采样输出N个值，依次记为{S₀(0),S₀(1),S₀(2),…,S₀(N‑1)}；并将位移传感器初始采样起始点对应的位移传感器敏感轴方向作为测量坐标系的x轴；(3)通过以下方式将位移传感器沿主轴轮廓旋转角度α，该角度为三点法误差分离原理中第一个传感器和第二个传感器的夹角，其选择要保证三点法谐波抑制最小；对应的离散值为P₁＝α·N/2π，P₁为整数：方式：位移传感器夹持器固定不动，利用光栅编码器的定位功能驱动主轴旋转角度α，使位移传感器的第二次采样起始点为相对于步骤(2)中采样起始点距离α角度的位置，记为B点；(4)将B点作为采样起始点，主轴旋转一圈，位移传感器采样输出N个值，依次记为{S₁(0),S₁(1),S₁(2),…,S₁(N‑1)}；(5)重复步骤(3)和(4)的测量过程，不同的是位移传感器沿主轴轮廓旋转角度为β，该角度为三点法误差分离原理中第一个传感器和第三个传感器的夹角，其选择要保证三点法谐波抑制最小；对应的离散值为P₂＝β·N/2π，P₂为整数，以位移传感器新的位置，记为C点，作为采样起始点，主轴旋转一圈，传感器采样输出N个值，依次记为{S₂(0),S₂(1),S₂(2),…,S₂(N‑1)}；(6)基于步骤(2)、(3)、(4)、(5)中的三组位移传感器输出数据，按照三点法误差分离原理中的频域或时域方法可得到主轴圆度误差的除一阶谐波分量以外的其它值r(n)，n＝1,2,3,…,N‑1；(7)利用三个位移传感器的输出数据S₀(n)、S₁(n)、S₂(n)以及已经分离出来的除一阶谐波分量的圆度误差r(n)，通过以下算法即可解线性方程组求出主轴径向回转误差：$\left[\begin{array}{ccc}cos(2\pi n/N)& sin(2\pi n/N)& cos(2\pi n/N)\\ cos\left(2\pi \right(n+P_1)/N)& sin\left(2\pi \right(n+p_1)/N)& cos\left(2\pi \right(n-p_1)/N)\\ cos\left(2\pi \right(n+P_2)/N)& sin\left(2\pi \right(n+p_2)/N)& cos\left(2\pi \right(n-p_2)/N)\end{array}\right]·\left(\begin{array}{c}{A}_1\\ B_1\\ \delta \left(n\right)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{S}_0\left(n\right)-r\left(n\right)\\ S_1\left(n\right)-r(n+p_1)\\ S_2\left(n\right)-r(n+p_2)\end{array}\right).$