[發明專利]一種改進型三點法回轉誤差、圓度誤差計算方法

有效

• 申請號: 201310285596.X
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103363921A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 牛寶良;張榮
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 楊春

技術領域

本發明涉及機床等精密旋轉機械的回轉誤差測量,或者圓柱類零件的圓度誤差測量，尤其涉及一種改進型三點法回轉誤差、圓度誤差計算方法。

背景技術

機床主軸回轉誤差是衡量機床性能的重要指標，是影響加工精度的主要因素。主軸回轉誤差的測量技術對精密機床的發展有著重要作用。精密離心機主軸的回轉誤差也是影響精密離心機工作性能的主要因素。因此主軸回轉誤差的精確測量技術長期以來引起眾多學者的關注，他們運用不同的技術、手段對其進行了長期、深入的研究，產生了多種多樣的測量方法。

主軸的回轉誤差包括軸向回轉誤差和徑向回轉誤差。軸向回轉誤差的測量相對比較簡單，只需在主軸端面放置微位移傳感器，進行一維位移量的測量即可。因此主軸回轉誤差測量技術的研究焦點一直集中在徑向誤差的精確測量上。

主軸回轉徑向誤差通過精密圓柱來測量，讓主軸回轉，用設置在圓柱外的幾個位移傳感器測量圓柱表面徑向位移，這樣圓柱的形狀誤差不可避免地進入了位移傳感器數據，影響了對回轉誤差的測量。

圓柱零件的形狀誤差測量，通常也是利用精密轉軸帶動圓柱零件旋轉來測量。辦法與測量主軸回轉誤差相同，讓主軸回轉，用布置在圓柱外的幾個位移傳感器測量圓柱表面徑向位移，此時精密轉軸的回轉誤差不可避免地進入了位移傳感器的數據，影響了零件的圓度形狀誤差。

常見的圓度誤差分離技術有圓度三點法、混合二點法、時域三點法等，不論你是想得到回轉誤差還是形狀誤差，都涉及從測試數據中分離出形狀誤差和回轉誤差。如果能把回轉誤差和圓柱形狀誤差精確分離，將會有效提高回轉誤差、形狀誤差的測量精度。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決普通三點法忽略形狀誤差一階分量的缺陷,提出一種改進型三點法回轉誤差、圓度誤差計算方法。在普通三點法的基礎上，通過獲得形狀誤差一階分量的辦法和回轉誤差2階分量乘2辦法,把從三點傳感器測得數據分離出來，使得回轉誤差和圓度誤差的精度顯著提高。

為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

本發明包括三個位移傳感器，三個所述傳感器布置在圓柱零件外側且分布在同一截面，所述轉軸帶動圓柱零件順時針旋轉，轉角為θ表示，轉角為θ取離散量i*dθ(i=0,1,2…n-1,n是光柵編碼器的線數)，三個位移傳感器的輸出為第一傳感器輸出量S1(θ)、第二傳感器輸出量S2(θ)、第三傳感器輸出量S3(θ)，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：對第一傳感器輸出量S1(θ)、第二傳感器輸出量S2(θ)、第三傳感器輸出量S3(θ)進行三點法分離算法，得出一次形狀誤差r(θ)

步驟2：分別對第一傳感器輸出量S1、第二傳感器輸出量S2、第三傳感器輸出量S3進行周期拓展后得出第一傳感器平移輸出量S1a、第二傳感器平移輸出量S2a、第三傳感器平移輸出量S3a。

步驟3：對三個平移輸出量進行相加平均得出平均平移輸出量V11=(S1a＋S2a＋S3a)/3，對所述平均平移輸出量V11做傅立葉變換后，保留一階分量，做逆傅立葉變換，取其實部，作為形狀誤差r(θ)的第一階分量的近似值r1_1(θ)，第一階分量近似值r1_1(θ)與所述一次形狀誤差值r(θ)相加后得出二次形狀誤差值ra(θ)，根據二次形狀誤差值ra(θ)，通過三點回差算法計算出一次回轉誤差分量xa（θ）、ya（θ）；

步驟4：把一次回轉誤差分量xa（θ）、ya（θ）合成為一次回轉誤差幅值hz1（θ），對hz1（θ）做傅立葉變換,對其二階分量的幅值乘以2后做逆傅里葉變換得到二次回轉誤差幅值hz2（θ），根據二次回轉誤差幅值hz2（θ）分解得到二次回轉誤差分量xb（θ）、yb（θ），根據二次回轉誤差分量xb（θ）、yb（θ）通過三點回差算法計算二次形狀誤差rb（θ）；

本發明的有益效果在于：

本發明通過對三個傳感器信號的平移和加權平均，并利用頻域濾波，有效獲得了形狀誤差的一階分量，解決了原三點法不能獲得形狀誤差一階分量的缺陷.使用該法可明顯改善形狀誤差與回轉誤差的分離精度.仿真表明,無隨機干擾情況下，分離出的誤差與原誤差的差異在10^-8量級。比原三點法算法提高一個數量級，有效提高分析儀的精度。

附圖說明

圖1是本發明的一種改進型三點法回轉誤差的方法的流程示意圖；

圖2是本發明的有噪聲算法效果比較表；

圖3是本發明的無噪聲算法效果比較表；

圖4是本發明的模擬三個所述傳感器的輸出表。

圖5本發明的原形狀誤差和改進型形狀誤差幅值比較圖。