[發明專利]一種用于測量圓度誤差和回轉誤差的自補償三點法

有效

• 申請號: 202010544554.3
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111906590B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 陳野;楊明;曹鵬;胡吉昌
• 申請（專利權）人: 北京航天萬鴻高科技有限公司;北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00;G01B21/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 高志瑞

本發明公開了一種用于測量圓度誤差和回轉誤差的自補償三點法，該方法包括如下步驟：對主軸不同角度上布置的三個位移傳感器采集的位移數據進行處理，得到兩組圓度誤差的各階諧波傅里葉系數的估計值。針對傳統三點法中得到對每階諧波，若傳遞系數絕對值小于某一閾值，則將該階諧波分量以修改三點法計算的諧波分量替換，得到一組新的傅里葉系數的序列。通過傅里葉逆變換，得到最終圓度誤差的估計值。再用第一個傳感器測得的徑向跳動數據在每一個角位置都減去所對應的圓度誤差估計值，得到主軸的回轉誤差的估計值。本發明在保持多點法可在線測量、操作步驟少的優點的基礎上，只需要一組測試數據即可實現測試球圓度誤差和主軸徑向回轉誤差的精確分離。

技術領域

本發明屬于機床主軸、轉臺等精密旋轉軸的徑向回轉誤差測試、圓度誤差測試技術領域，尤其涉及一種用于測量圓度誤差和回轉誤差的自補償三點法。

背景技術

主軸回轉誤差的測量通常采用高精度的測試球或者檢驗棒安裝在主軸上，通過對測試球及檢驗棒的測量，間接地反應出主軸回轉軸線的誤差運動。當測試球或者檢驗棒的圓度誤差較小時(比回轉誤差至少小一個數量級)，其圓度誤差可以忽略不計；但是當圓度誤差與回轉誤差在同一數量級時，就不可忽略，要想得到主軸真實的回轉誤差，就要進行誤差分離，將圓度誤差分離出來。

目前，傳統的誤差分離的方法主要由反轉法、多點法和多步法。反轉法和多步法都需要多次轉動測試球或傳感器，因此無法用于在線分離。多點法使用多個傳感器同時測量，不需要轉動傳感器和測試球，因此可以用于在線測量。然而，當傳感器之間的夾角選擇不合理時，測量結果會產生嚴重的失真，其原因是在求解圓度誤差時，部分諧波分量的幅值系數由于傳遞系數的絕對值為0或者接近0，而無法求解或者求解誤差過大，學界將此類問題稱為“諧波抑制”問題。

中國專利201410340992.2《一種主軸回轉誤差測試分析系統》公開了可使用三點法的回轉誤差測試系統，并給出了一組傳感器安裝夾角。此方案通過優化安裝角度的方法來減輕諧波抑制的影響，可以分離回轉誤差和圓度誤差，仍未脫離傳統三點法的范疇。。但實際測試中，所用多個位移傳感器很難精確安裝固定，增加了測試成本和測試難度；同時，傳感器的安裝誤差也會降低誤差分離的精度。

中國專利201511021695.2《一種用于回轉誤差、圓度誤差測量的改進三點法》采用多次測量，并采用傳統的三點法處理數據，并根據傳遞系數逐階諧波進行優化，可在一定程度上可以減輕諧波抑制的影響。但此方案需要多次測量，失去了三點法可在線監測、操作步驟少的突出優點。

中國專利201710827377.8《基于三點法的雜交四點法回轉誤差、圓度誤差計算方法》采用四個傳感器同時測量，選取三個傳感器作為一組測試數據，分別采用傳統的三點法進行處理，可以實現在線分離，但是仍未脫離傳統三點法的范疇，而且增加了一個傳感器無形中增加了測試成本。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種用于測量圓度誤差和回轉誤差的自補償三點法，在保持多點法可在線測量、操作步驟少的優點的基礎上，只需要一組測試數據即可實現測試球圓度誤差和主軸徑向回轉誤差的精確分離。