[發明專利]一種軸向圓跳動和全跳動的單轉位誤差分離裝置及方法

無效

• 申請號: 201110317154.X
• 申請日: 2011-10-18
• 公開（公告）號: CN102426001A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 趙維謙;侯茂盛;邱麗榮
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種軸向圓跳動和全跳動的單轉位誤差分離裝置及方法，特別涉及一種可實時分離測量儀器主軸空間回轉誤差的軸向圓跳動、全跳動誤差分離裝置及方法，屬于微納米超精密測量技術領域。

技術背景

在測量端面圓跳動和全跳動時，無論是轉臺測量儀器，還是使用頂尖支承回轉或者V形塊支承回轉的儀器，都會存在主軸回轉誤差、被測端面的平面度誤差、被測端面與基準的垂直度誤差以及測量基準(測量儀器的回轉軸線)與設計基準不重合等誤差。

發明專利——《端面對基準孔圓跳動量具》公開了一種適用于端面對基準孔圓跳動測量的量具，該方法由固定測頭、支架、芯軸、百分表等零件組成。百分表通過支架固定在芯軸上，在支架上百分表安裝孔的對徑位置布置一個固定測頭。芯軸插入基準孔中，百分表測頭和固定測頭以合適的測量力與被測面接觸，轉動芯軸一周，百分表測得數據的最大值和最小值之差即為被測面該測量圓周的端面圓跳動值。該量具使圓跳動測量簡便易行，測量耗費低，可增加零件的測量頻次，利于產品質量的提高。但該方法受限于芯軸與基準孔的安裝和配合間隙以及百分表的測量精度，使得圓跳動的測量精度不高。該方法還需要單獨設計加工相應的芯軸和支架，且測量方法僅適用于端面對基準孔的圓跳動測量，通用性不強。

清華大學精密儀器系提出了運用誤差分離技術實現大尺寸零件端面圓跳動和全跳動在位測量的圓周兩點法和圓周三點法。圓周兩點法測量圓跳動時，將被測端面的測量圓周做若干等分，任取兩個相鄰的等分點分別布置一個測頭，各測頭均垂直于被測端面并以被測零件端面為基準分別調零。工件回轉一周，測頭測得的數值為各點相對測頭初始零位的端面跳動量以及各測量位置機床主軸軸向竄動量之和。而各點相對于初始零位的端面跳動量δ’、各點實際的端面跳動量δ和測頭初始的調零誤差Δ三者滿足圓周封閉原則，因此可以代換解出各點實際的端面跳動量δ。圓周三點法測量全跳動時，將兩個測頭布置在第1測量圓周的任意兩個相鄰等分點上，第三個測頭布置于第2測量圓周上。工件回轉一周，三個測頭分別采樣，按上述圓周兩點法進行誤差分離，即可解出實際的端面全跳動。

由于圓周兩點法和三點法是機床在位測量，通過誤差分離技術可以有效地消除機床主軸軸向竄動的影響，測量準確度高、效率高，裝置結構簡單。但三點法測量全跳動時三個測頭不容易初始調零在同一平面；機床刀架橫向導軌的直線度和該導軌對主軸的垂直度都會影響端面全跳動的測量；端面全跳動測量時需要掃描全端面，這就使得三測頭法不能分離由主軸和測頭架擺動引起的誤差。

天津大學提出了一種端面圓跳動測量中測量基準對設計基準的誤差修正法。該方法按照測量基準和設計基準之間的角度大小、方位及被測端面測量數據所處的圓周半徑修正測量基準對設計基準不重合誤差的原理和方法，根據端面跳動測量原理，用空間解析幾何理論推導出了測量基準對設計基準的誤差修正公式。該方法能有效地修正測量基準對設計基準的不重合誤差，適用于測量基準與設計基準不一致而由此產生的測量誤差又較大的場合。但此方法僅是修正基準不重合引起的誤差，不能分離儀器軸系回轉誤差、儀器導軌對回轉軸線的平行度誤差等。

以上測量方法都只適合特定的端面圓跳動測量，誤差分離方法也只能分離回轉主軸軸向竄動或者測量基準對設計基準的偏心誤差，無法滿足超精密圓跳動、全跳動測量的要求。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述現有誤差分離方法的不足，提高超精密圓跳動、全跳動測量儀器的測量精度，滿足高精度回轉基準(主軸)空間運動誤差的實時分離需求，提出了一種軸向圓跳動和全跳動的單轉位誤差分離裝置及方法。

本發明的誤差分離方法在誤差分離過程中通過選擇恰當的轉位角α，使工件相對回轉主軸進行相應角度的單次小角度轉位，通過測量工件轉位前和轉位后包括工件軸向圓跳動誤差g(n)、主軸回轉誤差z(n)在內的綜合誤差A(n)和B(n)，利用快速傅里葉級數變換和諧波分析等數學處理方法，實現z(n)和g(n)在1-100upr諧波范圍的全諧波分離；本發明的誤差分離裝置，將軸向圓跳動、全跳動測量裝置與誤差分離系統有機地整合為一體，利用上述工作臺回轉式的單轉位小角度誤差分離方法，實現軸向圓跳動、全跳動測量中對儀器主軸回轉誤差的逐測量圓周實時分離，即在工件被測端面的直徑方向上逐一對各測量圓周上由上述各因素引入的誤差進行分離，進而實現軸向圓跳動、全跳動的測量和誤差分離。

本發明是通過以下技術方案實現的。