[发明专利]成套回转装备主轴动态回转误差的测量装置与测量方法

权利要求书

1.一种成套回转装备主轴动态回转误差的测量装置，包括光栅编码器、标准棒、位移传感器、数据采集器、信号调理器和上位机，所述标准棒用于与所述主轴连接并同步旋转，所述光栅编码器用于检测所述主轴的转速并输出Z脉冲信号，所述位移传感器用于检测所述标准棒的位移，所述位移传感器的信号输出端和所述光栅编码器的Z脉冲信号输出端分别与所述数据采集器的信号输入端连接，所述数据采集器的信号输出端与所述信号调理器的信号输入端连接，所述信号调理器的信号输出端与所述上位机的信号输入端连接；其特征在于：所述测量装置还包括安装于所述标准棒与所述主轴之间的连接定位柱，所述连接定位柱的第一端与所述主轴连接，所述连接定位柱的第二端与所述标准棒的第一端连接，所述连接定位柱的第二端端面为平面且在其圆周或虚拟圆周上设有两个以所述连接定位柱的中心线为对称轴对称的连接定位柱标记，所述标准棒的第一端端面为平面且在其圆周或虚拟圆周上设有两个以所述标准棒的中心线为对称轴对称的标准棒标记；四个所述位移传感器的测量端均匀分布于所述标准棒圆周外的虚拟圆周上。

2.根据权利要求1所述的成套回转装备主轴动态回转误差的测量装置，其特征在于：所述连接定位柱标记和所述标准棒标记的宽度均小于1mm，且所述连接定位柱标记和对应的所述标准棒标记在相互对准时其重叠宽度不小于0.5mm。

3.根据权利要求1或2所述的成套回转装备主轴动态回转误差的测量装置，其特征在于：所述连接定位柱标记和所述标准棒标记均为刻度线标记。

4.一种如权利要求1或2中任何一项所述的成套回转装备主轴动态回转误差的测量装置采用的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)首先将连接定位柱连接于标准棒与主轴之间，两个连接定位柱标记和两个标准棒标记分别对齐重合，通过千分表调整标准棒的安装偏心，使其偏心量小于设定值；

(2)安装好四个位移传感器并使其与标准棒的圆周外表面保持一定间距，调节位移传感器的测量端与标准棒的圆周外表面之间的间距到合适位置，该间距必须小于位移传感器的量程；

(3)设主轴回转一周的位移传感器采样点数为N，驱动主轴旋转，通过光栅编码器的Z信号进行位移传感器的采集触发，四个位移传感器分别采样输出n个值并分别依次记为S_A11…S_A1n、S_A21…S_A2n，S_A31…S_A3n和S_A41…S_A4n，其中，n＞N，S_A11…S_A1n组成数组S_A1，S_A21…S_A2n组成数组S_A2，S_A31…S_A3n组成数组S_A3，S_A41…S_A4n组成数组S_A4；并将位移传感器初始采样起始点对应的传感器敏感轴方向作为测量坐标系的x轴；

(4)主轴停止旋转，连接定位柱不动，将标准棒在原来的安装位置旋转180°后与连接定位柱重新连接，此时两个连接定位柱标记和两个标准棒标记变化对应关系后分别对齐重合；重新驱动主轴旋转，通过光栅编码器的Z信号进行位移传感器的采集触发，四个位移传感器分别采样输出n个值并分别依次记为S_B11…S_B1n、S_B21…S_B2n，S_B31…S_B3n和S_B41…S_B4n，其中，S_B11…S_B1n组成数组S_B1，S_B21…S_B2n组成数组S_B2，S_B31…S_B3n组成数组S_B3，S_B41…S_B4n组成数组S_B4；

(5)将S_A1、S_A2、S_A3、S_A4、S_B1、S_B2、S_B3、S_B4通过傅里叶变换消除信号的一阶谐波分量即标准棒的安装偏心误差；

(6)设标准棒的圆度误差为r(i)，主轴的径向回转误差为e(i)，主轴的径向回转误差为：

$e\left(i\right)=\sqrt{x^2\left(i\right)+y^2\left(i\right)}$

其中：

$x\left(i\right)=\frac{S_{A1}\left(i\right)+S_{B1}\left(i\right)-S_{A3}\left(i\right)-S_{B3}\left(i\right)}{4}$

$y\left(i\right)=\frac{S_{A2}\left(i\right)+S_{B2}\left(i\right)-S_{A4}\left(i\right)-S_{B4}\left(i\right)}{4}$

其中，S_A1(i)、S_A2(i)、S_A3(i)、S_A4(i)、S_B1(i)、S_B2(i)S_B3(i)、S_B4(i)分别表示各数组中的对应的第i个数值。

5.根据权利要求4所述的成套回转装备主轴动态回转误差的测量装置采用的测量方法，其特征在于：所述步骤(2)中，四个位移传感器与标准棒的圆周外表面之间的间距为位移传感器量程的一半。