[發明專利]一種基于位移傳感器的旋轉臺轉軸誤差測量與校正方法

有效

• 申請號: 202110282020.2
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113188491B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 王研;張凱;袁清習;黃萬霞;何其利;張錦;姚春霞;付天宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

本發明公開了一種基于位移傳感器的旋轉臺轉軸誤差測量與校正方法。本發明測量方法為：1)將標準件固定于旋轉臺的旋轉面上，并設置N個固定不動的位移傳感器；2)控制旋轉臺轉動，進行一次轉臺旋轉以進行校準測量，根據測量記錄校準時旋轉角為θ時的軸端點位置和校準時旋轉角為θ時的位移傳感器測量值計算得到相同旋轉角度時恒定不變的誤差部分f(εsubgt;θ/subgt;)；其中，csubgt;θ/subgt;為旋轉角為θ時的校準參數；3)控制旋轉臺轉動，記錄各位移傳感器的實時測量值然后根據計算得到軸端點位置根據確定轉軸誤差。

技術領域

本發明涉及旋轉臺轉軸偏差校準方法，尤其涉及一種基于位移傳感器的轉軸誤差測量與校正的方法。

背景技術

旋轉臺是機械儀器的主要組成部分，為測量、加工、控制等設備提供了旋轉運動的功能，在機密機械制造、光學分析、CT成像等領域都有著重要的應用。由于受到機械加工、組裝精度、熱變形等因素的影響下，旋轉臺在運動時不可避免地存在著不同程度的轉軸偏差，對于機械設備運動精度有著重要的影響。因此轉軸偏差的測量，對轉臺設備的選擇以及設備運動誤差的分析以及精度的提高都有重要意義。另一方面高精度地測量轉臺偏差能夠用于轉臺誤差的校正。高精度的轉臺，對機械設計加工、安裝以及運行環境都有著嚴苛的要求，成本高昂難以廣泛應用，并且轉軸的旋轉精度受機械原理的限制提高十分困難。而通過如包括電容傳感器，激光干涉位移傳感器，百分表等位移傳感器高精度地測量轉臺偏差，并對旋轉偏差進行補償，能夠突破機械加工精度的限制，由于目前電容位移傳感器以及激光干涉位移傳感器的測量精度都能夠達到納米級別，通過這種方法使用較低精度的轉臺就能實現很高精度的旋轉運動。

旋轉運動偏差的測量方式主要有兩大類：一類是直接測量法，如圖1所示這種方法在旋轉臺上安裝標準件(一般為圓柱，圓盤或球等軸對稱幾何體)，并使用位移傳感器測量轉臺旋轉時標準件表面的偏移，可以計算出旋轉臺的運動偏差。由于所測量得到的偏移包含了標準件的面形以及安裝誤差，這種方法要求標準件的安裝精度以及形狀精度要比所需的轉臺偏差的測量精度要高一個等級。這種方法通常只能達到較低精度，并不適用于高精度的測量。

另一類高精度的旋轉位移測量方法為誤差分離測量法。這種方法也是通過對旋轉臺上安裝的標準件表面進行測量，與直接測量法一樣，這樣測量結果會引入標準件的形狀誤差、安裝誤差等，影響旋轉誤差的測量精度，不同的是誤差分離測量法使用特殊的傳感器放置方式或特殊的測量步驟，根據測量量間的數學關系進行處理，并將標準件引入的形狀誤差、安裝誤差與從測量量中分離，從而得到準確的轉軸偏差。測量轉軸誤差的比較常見的方法主要是反轉法，如圖2(a)所示反轉法與直接測量法一樣使用位移傳感器對標準件進行一次旋轉測量，然后再將標準和位移傳感器同時旋轉180度再進行一次旋轉測量，根據兩次測量結果可以同時解出轉軸偏差以及標準件引入的形狀誤差、安裝誤差等誤差。此外，誤差分離方法還有多步法以及多點法等。然而這些方法都有一定的局限性，反轉法和多步法的測量過程都需要將標準件以及位移傳感器相對于旋轉臺進行一次或多次旋轉，測量過程復雜，不適合實時在線測量，此外，額外的旋轉操作也容易引入旋轉角度等額外誤差。而多點法通過增加多個測量傳感器進行測量，能夠進行實時測量，但是其分離算法會存在難以避免的諧波誤差。

以上轉軸誤差測量方法所存在的問題限制了旋轉軸誤差測量與校正的精度與應用范圍。

發明內容

針對現有旋轉軸測量校正技術存在的問題，本發明的目的在于提出一種基于位移傳感器的轉軸測量方法，只要對標準件的面形與裝配誤差進行一次性校準后，就能夠實現較為簡便地對旋轉軸端點偏差進行高精確度的實時測量并用于對轉軸的校正。

本發明是通過以下技術方案實現的：