[發明專利]基于V塊的三點圓柱度測量裝置及圓柱度誤差分離方法

有效

• 申請號: 201810336455.9
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108534735B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 劉文文;付俊森;王宏濤
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01B21/20
• 分類號: G01B21/20
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

1.一種基于V塊的三點圓柱度測量裝置，其特征是：

所述圓柱度測量是指針對呈圓柱狀的被測體(5)進行圓柱度測量；

所述測量裝置是以被測體(5)沿軸向的外圓柱面為導軌，以V塊(4)為軸向滑動測架，在所述V塊上設置有傳感器，所述滑動測架利用V塊的V形面支撐在被測體(5)的外圓柱面上，利用V塊按設定間隔的軸向移動，獲得針對被測體(5)的相應的測位；在所述測位上，被測體(5)在其回轉支撐軸系的驅動下旋轉一周，V塊保持周向位置不變，并保持其V形面與被測體(5)的外圓柱面相接觸；

所述V塊設置為雙V形面結構，V塊軸向上的中心點所在截面為安裝傳感器的測量面(4-3)，第一V形面(4-1)和第二V形面(4-2)對稱分處在所述測量面的左右兩側，形成雙V形面結構；并有：

第一V形面與測量面之間的軸向距離為d；第二V形面與測量面之間的軸向距離為d；

所述V塊的軸向移動步距為d；所述被測體上相鄰測位之間的軸向距離為d；

所述傳感器包括第一傳感器(1)、第二傳感器(2)和第三傳感器(3)，各傳感器在所述測量面上按照三點圓度誤差分離方法的要求進行布置；

利用所述測量裝置實現三點圓柱度誤差分離的方法是按如下步驟進行：

步驟1、數據采集：

步驟1.1、以被測體(5)的軸向為Z軸、V塊(4)的V形面中心線為Y軸，采用左手原則建立測量坐標系OXYZ；

步驟1.2、在所述被測體上沿軸向劃分M+2個測量截面J，J＝0,1,…,M+1；相鄰測量截面之間的軸向距離為d；定義測位號K，K＝1,2,…,M；

步驟1.3、初始化K＝1；

步驟1.4、移動V塊使其測量面位于被測體的第J測量截面，J＝K；

步驟1.5、被測體在其回轉支撐軸系驅動下順時針或逆時針旋轉一周，利用三傳感器進行同步采集獲得所述被測體的第J測量截面上一周的測量數據，從而完成第K測位的測量，獲得所述被測體的第J測量截面上的測量數據；

步驟1.6、將K值增加1，判斷K＞M是否成立，若不成立，返回執行步驟1.4；若成立，則表示已完成全部測位的測量，獲得M個測位的測量數據；

步驟2、數據預處理：利用所述第J測量截面上的測量數據，根據三點頻域圓度先行誤差分離方法萃取獲得被測體上第J測量截面廓形的諧波矢量R(J,p)，p為諧波階次，在諧波矢量R(J,p)中不包含1階和N-1階，在所述諧波矢量R(J,p)中包括第J測量截面廓形上的半徑偏差r₀(J)和圓度誤差r₁(J,i)；利用三點頻域圓度先行誤差分離方法萃取獲得被測體的第J測量截面處的X方向誤差運動分離結果中的1階諧波矢量i為傳感器的采樣點，i＝0,1,…N-1；N為傳感器一周采樣的點數，相鄰采樣點之間的角間隔δ為：δ＝2π/N；

步驟3、按如下方式計算獲得所述被測體上所有測量截面廓形的1階諧波矢量：

步驟3.1、初始化

針對第1測位，即K＝1，所述V塊的測量面處于被測體的第1測量截面所在軸向位置，V塊的第一V形面處于被測體的第0測量截面所在軸向位置，V塊的第二V形面處于被測體的第2測量截面所在軸向位置；

設定：所述被測體的第0測量截面和第2測量截面廓形的1階諧波矢量R(0,1)和R(2,1)均為零，即R(0,1)＝0、R(2,1)＝0；并設定：所述被測體的第1測量截面處的X方向誤差運動的1階諧波矢量E_x(1,1)為零，即E_x(1,1)＝0；則，所述被測體的第1測量截面廓形的1階諧波矢量R(1,1)為：為被測體的第1測量截面處的X方向誤差運動分離結果中的1階諧波矢量；

由此，用于表征所述被測體的第2測量截面與第1測量截面廓形的最小二乘中心的差分矢量ΔR¹(1,1)為：

步驟3.2、針對第2測位，即K＝2；

步驟3.3、利用式(1)計算獲得被測體的第J＝K測量截面處的X方向誤差運動的1階諧波矢量E_x(J,1)

利用式(2)計算獲得被測體的第J+1測量截面廓形的1階諧波矢量R(J+1,1)

R(J+1,1)＝-[2E_x(J,1)+R(J-1,1)] (2)

利用式(3)計算獲得表征所述被測體的第J+1測量截面與第J測量截面廓形的最小二乘中心差分矢量ΔR^K(J,1)

ΔR^K(J,1)＝R(J+1,1)-R(J,1) (3)

步驟3.4、將K值增加1，并判斷K＞M是否成立，若不成立，返回執行步驟3.3；若成立，則表示已完成所有測量截面廓形的1階諧波矢量的計算，實現基于V塊的三點圓柱度誤差分離。