跟踪式在线测量圆度误差和机床主轴误差的方法

摘要

本发明涉及一种跟踪式在线测量圆度误差和机床主轴误差的方法。它是根据跟踪式圆度和直径在线测量机构中三个位移传感器在跟踪测量中采集到的时域信号变换到频域进行分析，在线将作偏心旋转运动工件的圆度误差和系统误差进行分离，实现对工件圆度误差和系统误差在线测量，提高了测量精度。

主权项

1. 一种跟踪式在线测量圆度误差和机床主轴误差的方法，其特征在于根据跟踪式圆度和直径在线测量机构中三个位移传感器在跟踪测量中采集到的时域信号变换到频域进行分析，在线将作偏心旋转运动工件的圆度误差和系统误差进行分离；所述的跟踪式圆度和直径在线测量机构包含有与砂轮架固定连接的测量机构基座(1)，测量机构基座(1)上安装一根与砂轮(2)同轴线摆动的跟踪摇臂(3)，跟踪摇臂(3)的外端安装三个位移传感器(4、5、6)接触工件(7)外圆实现测量，中间一个传感器(5)所测的点应位于砂轮(2)中心与被磨削工件(7)中心点的连线上；所述的三个传感器(4、5、6)延长线相交于一点(A)，即相交点与工件(7)的曲轴连杆颈中心重合；下面一个传感器(6)与中间传感器(5)之间的安装角φ2为90度，而上面一个传感器(4)与下面一个传感器(6)之间的安装角φ3为181.05度，或者φ2为60.82度而φ3为240.12度；具体步骤为：a)分别对三个位移传感器(4、5、6)采集信号进行名权后求和，得出动态三点圆度误差测量值，其公式为：H(θn)＝r1(θn)+k2r2(θn+φ2)+k3r3(θn+φ2+φ3)+RY(θn)[cosβ+k2cos(φ2+β)+k3cos(φ2+φ3+β)] (1)+RX(θn)[sinβ+k2sin(φ2+β)+k3sin(φ2+φ3+β)]式(1)中k2、k3分别为上下传感器(4、6)的加权系数；φ2为下传感器(6)与中传感器(5)之间安装夹角，φ3为上传感器(4)与下传感器(6)之间安装夹角；α为被测量工件(7)绕旋转中心(O)旋转角度，β为测量摇臂(3)绕砂轮(2)中心(O1)摆动角度，Rsinα＝(RS+RW)sinβ，其中R为曲轴连杆颈中心偏心矩，RS为砂轮(2)半径，RW为曲轴连杆颈半径；三个位移传感器(4、5、6)与工件(7)表面相对移动角度θn＝α+β，式中n为工件表面每周采样点数；b)求解出加权系数$k_2=-\frac{\sin ({\phi }_2+{\phi }_3)}{\sin {\phi }_3},$ $k_3=\frac{\sin {\phi }_2}{\sin {\phi }_3},$代入动态三点圆度误差测量值的基本公式中后求出权函数G(k)＝1+k2·ej2πpk/N+k3·ej2π(p+q)k/N，式中，p，q都是整数，且：$p=\frac{{\phi }_{2}N}{2\pi },$ $q=\frac{{\phi }_{3}N}{2\pi },$N-每周等角采样点数，此时n＝0，1，2.....N-1；c)最后求解出圆度误差序列和机床主轴旋转误差序列：$r\left(n\right){=F}^{-1}\left\{\frac{H\left(k\right)}{G\left(k\right)}\right\}$ $R_X\left(n\right)=\frac{\cos \beta }{\sin {\phi }_2}[H_2\left(n\right)-r_2(n+{\text{φ}}_2)]-\frac{\cos ({\phi }_2+\beta )}{{\sin \phi }_2}[H_1\left(n\right)-r_1\left(n\right)]$ $R_Y\left(n\right)=\frac{\sin {\phi }_2-\cos ({\phi }_2+\beta )}{\cos \beta \sin {\phi }_2}[H_1\left(n\right)-r_1\left(n\right)]+\frac{1}{{\sin \phi }_2}[H_2\left(n\right)-r_2(n+{\phi }_2)]$ 式中r(n)代表圆度误差序列；RX(n)和RY(n)代表主轴回转误差在直角坐标系中X，Y两个方向投影的离散序列。